1 引言
磁心测试的内容很多，不同的磁心有许多不同的测试方法。本文限制在MAGNETICS公司所制造的磁心，包括带绕磁心，线圈骨架、磁粉心、叠层磁心和铁氧体类磁心的标准测试方法。
2 磁心的类型
用窄带绕制的磁心包括矩形B-H磁滞回线材料和METGLAS环行磁滞回线材料的小型带绕磁心（或绕在骨架上的磁心），由镍铁材料和钴铁材料制造的切割磁心以及镍铁材料叠片式磁心。其它的磁心还有坡莫合金磁粉心（分布式气隙，具有14~550磁导率的环形磁心）和锰锌铁氧体磁心（有开气隙和不开气隙等几何形状）。
磁心测试所用的公式有：
a. V=4.44 BNAf×10-8 （正弦波）                                     (1)
式中，B—磁通密度（单位，高斯(G)），N—匝数，A—磁心的有效截面积(cm2)，f—频率(Hz)。
b. μ=B/H                                                                          (2)
式中，B—磁通密度（单位，高斯(G)），H—磁场强度（奥斯特）
c.                                                    (3)
式中，L—电感值（亨），N 2—匝数平方，μ—磁导率，Ac—磁心有效截面积(cm2)，ml—磁路长度(cm)
d.  L=ALN2×10-9                                                                                                          (4)
式中，L—电感值（亨），AL—电感系数（毫亨/1000匝），N 2—匝平方。
方程式(1)为法拉第定律，在确定了磁通密度后，可知人们使用多大的电压激励来测试磁心。
方程式(2)和(3)用来确定磁导率。磁导率是为测量电感值而确定的一个参数；磁导率采用方程式(3)进行计算。
方程式(4)从电感系数AL（由磁心的制造商给出）定义电感值。正常的电感系数AL是每1000匝若干毫亨；有时候也写成每平方匝若干纳亨(nH/N2)。在该方程式中，给出了AL值，如果电感值L是已知的，则人们可以或者是计算出电感值，或者是确定所要求的匝数。
2.1 带绕磁心
这种类型的磁心是用绝缘的合金材料窄带绕制成圆环形状，并经在氢气的氛围中以800℃到1200℃的高温退火制成的。然后，磁心被放置在保护箱内或用环氧树脂材料涂复。这类磁心被应用于60Hz直到100kHz或更高频率范围的变压器、电感器、磁放大器、电流互感器和可饱和电感器等。带绕磁心是有矩形B-H磁滞回线和环行B-H磁滞回线两种类型的磁性材料制造的。
a. 矩形B-H磁滞回线材料的带绕磁心
矩形B-H磁滞回线的材料涵盖了钴-铁合金、定向硅钢、50%镍定向合金、在矩形B-H磁滞回线磁场中退火的80%镍合金以及METGLAS2065SC合金等等。在正常情况下，这类合金材料在图1所示的B-H磁滞回线上用恒电流测量4个点。
饱和磁通密度是在激励磁心的驱动电压电平大约10倍于直流(DC)矫顽力时测定的。其测试用频率是：
对于0.006吋及其以上厚度的材料用60Hz；对于0.005吋及其更薄的材料用400Hz。
饱和磁通密度是从B-H磁滞回线的原点到一个方向上饱和时的磁通密度幅值。
下一个检测测量的参数是剩余磁通密度(Br)。这个数值不是直接测量出来的；磁心是由单向的驱动脉冲和磁通从剩余到饱和的转换中激励电压测量的。Bm-(Bm-Br)即是剩余磁通。磁心是采用磁心定位装置（正常情况下是2匝驱动绕组、2匝传感器绕组和2匝调整绕组组成）测试的，磁心的矩形B-H磁滞回线的矩形比是由“剩余磁通密度”/“饱和磁通密度”（即Br/Bm）确定的。
被测量的第三个磁心参数是磁滞回线的宽度。调整磁心磁滞回线的路径是从正饱和处下行到负饱和的1/3H处，这一点的回线宽度是1/3H（H的单位：奥斯特）。试验测量的最后一个磁心参数是ΔH、或直流(DC)电流的附加总量、或调整磁心从B-H回线的1/3处下行到B-H回线的2/3处所要求的“安—匝”数。ΔH的单位为“奥斯特”，正常状态磁心的最大ΔH值是受到限制的。一些磁心的技术说明书提出，磁心的增益是将H值从1/3H调整到2/3H除以ΔH（单位，奥斯特）所得到的ΔB（单位，千高斯kG）。
用恒电流磁通调整测试磁心参数，对于从本质上确定B-H磁滞回线的直流(DC)或400Hz时的特性是很有意义的测试内容。但遗憾的是，这种测试是一种静态的方法，对在高频情况下如何实现测试磁心参数，始终没有提供良好的资讯。
如同早先解释过的那样，带绕磁心是用经过表面绝缘处理并在很高温度下退火后的合金材料制造的。在此，人们关心的问题是在退火期间，绝缘层可能会被破坏而使得带材的层与层之间将被短路连接在一起，这样，在高频工作时，将造成很高的磁心损耗。从这一问题的分析出发，由海军军械部门试验研制的与磁心的高频特性有关的被称为海军军械磁导率显示器是一种优良的设备。在这里，磁心是用正弦波电流经由一匝驱动绕组激励的。从一匝耦合中，用示波器观察断开电路绕组开关的波形。电压—电流的波形如图2中所示。
利用十进制划分度数的刻度盘和固定差别的峰值磁导率，人们可以变换波形的幅值为不同的峰值磁导率。每一种材料和材料厚度都具有确定的不同磁导率范围代表一种优良磁心。由于对每种磁心材料和厚度设立了最小限制，故磁心可以用这种测试方法进行快速的试验。例如在卷绕磁心时层间短路的缺陷可以很容易地暴露出来。这种测试也可检测出由于装箱等产生的振动应力造成磁心材料有关性能指标的下降情况。通常是，这种方法并不会对恒电流磁通调试检测暴露问题。将NOPIC一种动态的测试方法和CCFR测试方法联合一起进行测试，则可很好地在低频和高频两者之中确定如何落实磁心。
NOPI测试的变化对于磁放大器也是很有益处的，不是具有2个就是具有4个磁心的饱和电抗器和Scott T型变压器必须具有匹配的B-H磁滞回线。利用斩波器，2个磁心的电磁波的形态可以同时地显示，并且，失配是很明显的（见图3a）。MAGNETICS公司的标准匹配度是在5%以内。通过使用计数示波器所示矩形波，精确地确定E-I波形的百分率失配是困难的；因此，被显示出来的波形是有差别的（见图3b所示）。因为完全的匹配将产生一条直线，故而容易使人确信并精确地测量。磁心也可以由CCFR测试被匹配情况，记录的数据，然后，记录的匹配磁心在技术规格的5%以内。所有的匹配磁心接受100%的测试。
b. 环行B-H磁滞回线材料的带绕磁心
环行B-H磁滞回线材料有48合金（无定向含50%镍）、超坡莫合金、或2605-S3METGLAS合金，因这些材料具有高的初始磁导率特性而被使用。为这些磁心所采用的测试被称为阻抗磁导率测试。阻抗磁导率是在给定磁通密度电平（高斯）时由激励磁心电流推导出来的，测量激励电流和变换安(A)—匝数为磁场强度（奥斯特）。那么，阻抗磁导率即为B/H。这种测试可以将磁心损耗和磁心磁导率集总在一起进行。MAGNETICS公司是利用5匝驱动绕组和5匝耦合绕组实现这种测试的。激励磁通密度电平（高斯）是根据耦合绕组至驱动绕组的测量激励电流由耦合穿透电压设置的。对于不同厚度材料要求的测试频率是根据磁心损耗和磁导率的优化折衷选取的。
典型的测试条件是
4mil厚度的材料—400Hz，20高斯
2mil厚度的材料—1000Hz，20高斯
1mil厚度的材料—5000Hz，20高斯
在这些不同的条件被建立后，最小阻抗磁导率限制了磁心性能。
c. 其它带绕磁心参数的测试
其它要测试的带绕磁心参数包括：用电桥法测量电感量，在高温和低温下测试电感量，用磁通计测量直流电流(DC)，在x-y图表上测试B-H曲线，测试磁心损耗，测试在任何频率和任何磁通密度下的激励电压(V)—电流(A)以及测试高压脉冲电流。磁心参数测试也可以在冲击和振动情况下进行，但要在温度循环以前测试。
在正常情况下，测试磁心参数是按1.5%的AQL抽样计划进行，但是，如果有详细说明，也可以提高AQL'S的抽样率，或者100%测试。
在与应用要求的相关磁心性能中，努力按“标准的”测试方法以适应技术条件是可取的，而不是去研制各种各样的“专门的”测试方法。“标准的”测试方法使用专用装置进行，这意味着磁心不会受到伤害，也表明绕组必须置于磁心上时，则有更多的样品可以供给测试。
用于制造磁心的材料是通过了完整评价的，包括不同的退火工艺和“标准化”的测试。因此，选用的材料满足规定的磁心技术要求时，材料的退火工艺是已知的，同时，适合于技术要求的概率是良好的。
2.2 切割磁心参数的测试
切割磁心是用窄带卷绕的磁心，在退火以后进行浸渍，然后，对半切割成对并研磨其端面。对这类磁心的标准化测试内容有磁心损耗和激励电压(V)—电流(A)。测试用的设备包括可变频振荡器或信号发生器，峰值放大器（增强振荡输出）和CLARK-HESS（或相似的）电压(V)—电流(A)瓦特表。5匝驱动绕组和5匝耦合装置用耦合穿透电压对耦合绕组调整工作磁通密度。
在应用中，与那些正规材料相关的测试条件是：

对磁心损耗的最大极限以瓦/榜(Watt/lb)为单位规定，而激励电压(V)—电流(A)是用VA/lb为单位。满足磁心损耗的极限值，通常是要求保证正确的退火工艺，以保证磁心的卷绕层间不产生短路。激励电压(V)—电流(A)极限值是要保证磁心具有最小的空气隙，并适当地进行其端面研磨。
2.3 磁粉心
钼坡莫合金磁粉心具有分布气隙，通常被使用于高Q值滤波器，直流(DC)输出扼流圈和在线噪声滤波器，磁导率范围在14~500之间。对钼坡莫合金磁粉心要求测试的参数之一是其磁导率，或者通常被称之为AL的电感因子。这类磁心的AL值会产生±8%的误差，而在正常情况下将分级变成2%的电感值带。100%的磁心采用磁导计进行电感值分级，被测试磁心的百分率偏差能够测量出来。磁粉心另外的重要参数是磁心的损耗。最大的磁心损耗限值是由不同频率确定的，磁通密度电平（高斯）受各种磁导率制约。在以下条件建立后，可保证的损耗为：
125u到550u  1800Hz，20高斯(G)
60u   8kHz，10高斯(G)
14，26u  75kHz，4高斯(G)
这是采用电感电桥测量磁心的交流(AC)电阻得到的。
全部总的磁心损耗由磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗构成。这三个参数占去了磁心损耗限值的绝大部分。磁滞损耗随磁通密度线性地变化，涡流损耗随工作频率的平方变化，而剩余损耗随频率线性变化。磁心参数用3或4种不同的磁通密度和在3或4种不同频率上测试，为此，各种损耗系数可以精确地获得。
对于钼坡莫合金磁心要实施的另一个测试项目是作为直流(DC)偏置函数的磁导率。这项测试是由置于磁心上的独立绕组（用作DC偏置）操作的，并用耦合绕组在电桥上测量磁导率。因为测试的是作为磁通密度函数的磁导率最大极限值，在高磁通密度的情况下，电桥是被用作变化的电压源来激励磁心的。
对于某些应用，具体地说，那些被高Q值滤波器采用的磁心是与银、云母匹配（具有更恰当的温度系数）的磁心性能稳定的电容器。对于温度变化从-65℃到+125℃的范围超出时，所测试磁心的初始磁导率将存在±0.25%的测量公差。该测量值是使用自由操作的示波器和谐振电路得出的。电感器（或在测试情况下的磁粉心）或谐振电路中的电感元件是放置在保温箱内部的，与其匹配的电容器则在该箱的外部。真正要测量的项目是频率变化，然后计算出磁导率的变化。在正常情况下，直接地测量电感量或磁导率的问题是，电桥不容易实现从±10%到±0.25%的测量精度。
2.4 铁氧体磁心
MAGNETICS公司提供的铁氧体是具有高电阻率和相对较低磁通密度的陶瓷材料特性的锰锌型铁氧体材料。对工作在高频段是理想的，其磁心形状包括有：圆环形、罐型、E型、U-I型、PQ型和其它型式。铁氧体材料的典型应用是高Q值滤波器（从10kHz到几MHz范围）、高频变压器、脉冲变压器、高频偶合变压器和存贮能量的电感器。一般情况下，铁氧体材料分类为3种类型即为：滤波器用材料，宽频材料和功率铁氧体材料。对每种类型的材料存在不同的测试项目。
用于高Q值滤波器的铁氧体材料料具有很低的磁心损耗、低的磁通密度和线性温度系数。被要求对滤波器铁氧体测量的第一个参数是用以确定  的损耗因子。这是用电桥在低磁通密度时进行测量得出的。标准化的Q线圈骨架被用来对罐形磁心进行该项测量。对滤波器用铁氧体材料要测试的其它参数是温度系数，这是使用与测量钼坡莫合金磁心参数相同的设备实施的。受控制的第三个参数是初始磁导率（或AL），它可以采用电桥测量，或可用LC表或磁通计进行测量（通常用于开气隙的磁心）。
典型的宽带铁氧体材料具有5000到10000的磁导率。损耗因子是其重要性能参数，对其测量是用电桥在100kHz和10高斯磁通密度时进行的。电感因子或AL也是受控制的。
功率铁氧体材料具有较高的磁通密度和较高的居里温度。它们经常被用于由电感器或偶合变压器输出的开关电源。磁通密度的测量通常使用CCFR测量法或磁通计进行，对最小电平进行核对。初始磁导率或AL也受控制的。在高磁通密度时，磁心损耗是重要的因子。标准的测试是在16kHz、2高斯和25kHz、2高斯时进行。最大极限值在室温为60℃和100℃时建立。该测试是用信号发生器和Crown功率放大器以及用Clark-Hess V-A功率表实施的。在产品目录中，磁心损耗曲线延伸到若干MHz。除了50kHz这个数据以外，采用u函数发生器或u函数表进行精确的磁心损耗测量是必要的。u函数表测量可精确到2MHz。
居里温度是磁性材料变成失去磁性时的温度。有些人错误地认为，居里温度是变压器工作的上限温度。在研究了居里温度后，人们将改变这些烦恼。在产品生产过程中，并没有完成居里温度测试，但进行居里温度测试是简单的和可靠的。磁心放置在烘箱内的磁体上并升高温度。在烘箱内的磁心失去磁性时的那个温度为居里温度。
3 磁心参数综述
以下对供给电源产品目录使用的磁心参数作综合说明。
3.1 磁心损耗：正弦波与矩形波比较
一般情况下，磁心损耗曲线是按正弦波+/-交流(AC)激励绘制的，在标准的和正常的时候，是不提供极大值曲线的。涉及到开关电源电路设计的一个共同问题是正弦波和矩形波激励的磁心损耗的关系。对于高电阻率的磁性材料如类似铁氧体，正弦波和矩形波产生的损耗几乎是相等的，但矩形波的损耗稍微小一些。材料中存在高的涡流损耗（如大型叠片式或大型切割磁心）时，矩形波损耗是正弦波损耗的1/2~2/3。D.Y.Chen提供的参考资料解释了这种现象。
一般情况下，具有矩形波的磁心损耗比具有正弦波的磁心损耗低一些。但在元件存在铜损的情况下，这是不正确的。在变压器中，用矩形波激励时的铜损远远大于用正弦波激励时的铜损。高频元件的损耗在铜损方面显得更多，集肤效应损耗比矩形波激励磁心的损耗给人们的印象更深刻。举个例子，在20kHz、用17#美国线规导线的绕组时，矩形波激励的磁心损耗几乎是正弦波激励磁心损耗的两倍。例如，对于许多开关电源来说，具有矩形波激励磁心的5V、20A和30A输出的电源，必须采用多股绞线或利兹(Litz)线绕制线圈，不能使用粗的单股导线。
3.2 Q值曲线
所有磁性材料制造厂商公布的Q值曲线都是低损耗滤波器用材料的典型曲线。这些测试参数通常是用置于磁心上的最适用的绕组完成的。对于罐形磁心，Q值曲线指出了用作生成曲线时的绕组匝数和导线尺寸，导线是常用的利兹线，并且绕满在线圈骨架上。
对于钼坡莫合金磁粉心同样是正确的。用最适合的绕组，并且导线绕满了磁心窗口时测试，则Q值曲线是标准的。Q值曲线是在典型值为5高斯或更低的低交流(AC)激励电平下测量得出的。由于在磁通密度越高时磁心的损耗越大，故人们警告，在滤波电感器工作在高磁通密度时，磁心的Q值是较低的。
3.3 电感量、AL系数和磁导率
在正常情况下，磁心制造厂商会发布电感器和滤波器磁心的AL系数、电感量和磁导率等参数。这些AL的极限值建立在初始磁导率范围或者低磁通密度的基础上。对于测试AL系数，这是很重要的，测试AL系数是在低磁通密度下实施的。图4示出了矩形磁滞回线材料的规格化带绕磁心在不同磁通密度时所发生的磁导率。
某些质量管理引入检验部门，希望由他们用几匝绕组检查磁心，并用不能控制频率或激励电压的数字电桥测试磁心。几乎毫不例外，以几百高斯、若干千高斯(kG)、甚至使磁心饱和的磁通密度的电压激励磁心时，该电桥是平衡的。使用这些存在很少匝数的电桥对不开气隙的磁心进行初始磁导率测量是不合适的。
另外一种现象发生在测量低磁导率磁心，诸如测量具有很少匝数的钼坡莫合金磁心时，在很低电感量（如1mH或更低）时，即不再应用AL的方程式（见图5）。由于邻近的线匝有通过空气隙偶合的情况，所以，所得的测试值呈现出正公差。例如，在一个10μH的电感器中，磁心的AL存在超过20%的正误差是人们所希望的。这同样地是基于很少匝数的原因。然而，如果电感器上的线匝是集总的，则其误差会变得更加恶劣。通常情况下，在开展低磁导率磁心的检测时，人们将会在磁心上绕置足够的线匝以获得超过100μH的电感量，以便有效地预防正误差。
其它的误差发生在测量磁心电感系数过程中，具体地说，那些误差存在于大的空气隙，包括绕满了线匝的骨架中。图6示出了26×16的罐型磁心AL误差与骨架上绕满线匝程度的关系曲线。1000AL时气隙最小，100AL时具有最大气隙。在图中可见，如果线圈骨架上没有被绕满，一个负的测量误差将形成。在100AL时，骨架上仅绕满了20%的线匝，这将存在大约-7%的误差。罐形磁心可保证正常的±3%的公差。因此，检验AL值时，骨架上应该绕满线匝。也就是说，测量电感值时应该在远远低于自谐振频率时进行。
3.4 直流偏置
关于磁导率与直流偏置关系的曲线，制造厂商提供的数据是在室温下和假设低电平交流激励电压叠加在直流电压上的典型值。增大交流激励电平将引起磁心的磁导率更快速滚离。具体地对铁氧体磁心而言，在较高温度时，在较低磁场强度时产生的磁导率滚离要低于室温时产生的滚离。在其它方面，钼坡莫合金磁心磁导率的变化没有大于高温下若干百分点。
4 小结
如在文章中所叙述的那样，磁心的适当测试取决于设计、分析和多种类型工作应用的要求。应强调的是对有效特性的测试和对产品质量基础可实施的标准化测试。显然，许多额外的细节如电路性能等是不包括在测试范围内的，但可以保证以上的要求，事实上，提供给他们的不是专利。因此，许多细节没有出现在本文后面的“参考资料1”之中。
这里的讨论绝对必要，如果与应用的相互关系和标准化测试方法是没有可能的，MAGNETICS公司可以提供为用户可以接受的典型测试方法。
5 测试磁心用的参考资料
1. IEEE Std ??3-1977， Standard Test Procedures for Magnetic Cores， May 27， 1977
2. "Evaluation of Several Factors Affecting Inductance Measurements of Ferrite Components"， Barbara Livermore and Jan M. Van der Poel， Amperex Electronic Corp.， 1982 Coil Winders Show
3. "Comparisons of High Frequency Magnetic Core Losses Under Two Different Driving Conditions: A Sinusoidal Voltage and a Square-Wave Voltage"， D.Y. Chen. General Electric Corporation R&D， Solid State Power Conversion November/December 1978
4. "Discussion of Current Sheet Approximations in Reference to High Frequency Magnetic Measurements"， Bohdon Koslyshyn and Peter Haas， Journal of Research of the National Bureau of Standards， Volume 52， No. 6， June 1954
5. SEM U Functionmeter Core Loss Measurements from 50kHz-2MHz Norma Messtechnik， A-1 1 1 1 Wien Postfach 88

（编译自MAGNETICS公司技术报告）