摘要：  分析了交流测量法测量磁心损耗误差较大的原因，采用直流测量法间接测量磁心损耗并设计制做了损耗测量装置。该装置能方便、快速测量方波激励下的磁心损耗，为用户设计高性价比的磁性元件提供依据。

关键字：  交流测量法，量热法，直流测量法，测量装置

1 引言
高频磁性元件是电力电子系统中重要的组成部份，磁性元件设计是否合理直接影响到电路的效率和性能等。磁心损耗数据是高频磁件设计的一个重要参数，高频磁件的热效应以铁损量为限，这一方面可以避免磁件过热；另一方面可以选择适当的磁心体积，避免材料浪费[1]。目前可靠的磁心损耗数据匮乏严重阻碍了高性价比和高可靠性的磁件设计。虽然磁心产家会提供一定的磁心损耗数据但这些都是基于对称正弦激励下的，而实际开关电源中的磁性元件往往是工作在对称方波或带有一定直流偏置的方波激励下[2][3]，所以这些数据很难成为磁性元件设计的依据。鉴于实际磁元件的方波激励频率、幅值、占空比等参数较多，是否有直流偏置等情况复杂，要获得比较准确的损耗数据，一般需要通过实际测量。
2 磁心损耗测量方法
2.1 交流测量法
交流测量法指直接测量加在磁心上的电压uL和电流iL（uL和iL都是交流量）磁心损耗瞬时值为：
      p(t)=uL(t)·iL(t)                                 (1)
磁心的平均损耗P为：
                           (2)
则磁心的损耗功率为：        
                                        (3)
Ve为磁心的有效体积。交流测量法最大的问题是由于测量过程中的相角误差引入的测量误差。由于磁性元件都有较高的Q值，磁件的阻抗角很高（接近90°），所以uL和iL的相角接近90°。假设激励为正弦波，磁心损耗为：
P=Urms·Irms·cos                              (4)
Urms、Irms、分别为电压有效值，电流有效值和功率因素角。根据式(4)可以求得其相对误差为：
                    (5)
由上式可以看出交流测量法误差来源有电压误差，电流误差和相角误差，其中电压电流误差可以通过提高采样精度等措失控制在很小的范围内，但由于值接近90°，tan项很大，所以相角误差会引入较大的测量误差[4]，是交流测量法误差的主要来源，且随着频率的提高相角误差的影响更明显。交流测量法是目前测量磁心损耗最普遍采用的方法，但由于相角误差的存在使其测量精度难以让人满意。
为了弥补交流测量法的不足有一种做法是在被测磁心线圈上串联或并联一个电容以提高功率因素，从而在一定程度上减小相角误差，但由于电容寄生电阻的存在这种做法会引入新的误差。[#page#]
2.2 量热法
量热法是一种通过间接测量磁件发热量从而得到磁心损耗量的测试方法。磁心损耗的能量都转化为热能并散发掉，因此如果能测得这些热量就相当于知道了磁心损耗的值。量热法理论上具有很高的精度，测量装置所引入的误差也能通过定标的方法消除。量热法示意图如图1所示，将磁心浸入装有比热容已知的绝缘液体的绝热性能良好的容器中，通电一段时间后，测量液体的温升便得到损耗量[5]。
量热法虽然具有很高的理论精度，但实际操作中存在很多误差来源影响其测量的准确性，且测量所用时间太长，测量装置复杂、笨重很难广泛应用。
2.3 直流测量法
结合交流测量法的不足和量热法间接测量磁心损耗的思想，本装置采用一种直流测量法，通过测量磁心高频激励源输出的直流功率来间接获得铁粉芯高频磁心损耗，从而避开了交流测量法在高功率因素角时测量误差大的缺点。直流测量法原理图如图2。
在该方法中激励源输出的直流电压通过一个DC/AC电路转换为加在被测磁心上的方波电压，Pdc为激励源输出的有功功率，激励源输出电压udc为直流，此时只要测量激励源输出电流的直流成分idc便可得到总损耗：
  Pdc=udc·idc                                       (6)
电力电子电路中的磁性元器件大都工作在高频PWM电压波形激励下，所以这里要求DC/AC电路能够模拟磁心实际工作状态的激励源。一般采用简单的全桥电路或同步BUCK电路，本装置DC/AC电路采用全桥电路，如图3。
总损耗Pdc包括磁心损耗Pcore和DC/AC电路的损耗PΔ，PΔ包括电流采样电阻损耗，开关管损耗等。我们想要得到的磁心损耗值为总损耗减去电路损耗即：
Pcore = udc·idc-PΔ                                  (7)
为了使测量得到的磁心损耗数据尽可能的精确就必须最大限度的减小DC/AC电路的损耗PΔ，本装置电流采样电阻采用阻值很小的精密采样电阻，四个开关管做到软开关从而减小PΔ。对于测量得到数据进行必要的修正后能确保测量结果有较高的准确性。直流测量法原理简单，测量量都为直流量，这种方法较容易实现快速、高精度、低成本的测量。
3 基于直流测量法的磁心损耗测量装置
基于直流测量法的磁心损耗测量装置原理框图如图4所示。该装置功率模块包括一个Boost PFC变换器，一个宽范围输出的双管正激变换器（DC/DC模块），以及四个可