一種大尺寸磁芯高頻磁化特性的測量裝置及磁芯匝數選取方法制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種大尺寸磁芯高頻磁化特性的測量裝置及磁芯匝數選取方法；采用信號發生器經功率放大器和隔離偏置單元為待測磁芯提供激勵，可通過調節信號發生器輸出波形控制勵磁信號的波形，同時通過隔離偏置單元保證勵磁信號和周期磁化的對稱性。使用所述平臺測量時，適用磁芯的尺寸由功率放大器輸出特性決定。采用本發明專利技術設計的適用磁芯選取方法，根據功率放大器輸出特性和磁芯出廠參數計算平臺可測量的磁芯尺寸及對應匝數范圍，可確保測量裝置滿足大體積磁環飽和磁滯回線測量要求，提高大尺寸磁芯高頻磁化特性測量的針對性與高效性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于脈沖功率
，更具體地，涉及一種大尺寸磁芯高頻磁化特性的測量裝置及磁芯匝數選取方法。
技術介紹
電力電子高頻開關電源領域對磁芯高頻磁化特性測量有較多需求。然而，開關電源領域磁芯尺寸一般較小，可使用普通磁化特性測量儀器得到高頻磁滯曲線。在脈沖功率領域，磁芯體積通常是普通開關電源磁芯的幾倍到幾十倍，且工作在數十到數百千赫茲的磁化頻率下，常要求磁化至飽和狀態?，F有的高頻磁化特性測量裝置難以測量大尺寸磁芯的高頻磁化特性。常用的高頻條件下的磁芯，其外徑一般小于50mm，但脈沖功率條件下的磁芯，在等值頻率較高的條件下，其外徑一般大于100mm，有的甚至達到200～300mm。因此，本文中大尺寸磁芯是指外徑大于100mm的磁芯。
技術實現思路
針對現有技術的缺陷，本專利技術的目的在于提供一種大尺寸磁芯高頻磁化特性測量裝置及磁芯匝數選取方法，旨在解決勵磁功率與磁芯尺寸無明確對應關系的問題。本專利技術提供了一種大尺寸磁芯高頻磁化特性的測量裝置，包括依次連接的信號發生器、功率放大器、隔離偏置單元和磁芯繞組；所述信號發生器產生的低幅值函數信號經所述功率放大器放大后，通過所述隔離偏置單元為所述磁芯繞組提供具有特定函數激勵波形的激勵波。其中，低幅值函數信號一般指1V-10V峰值的電壓。更進一步地，所述隔離偏置單元包括：無感電容，串接在所述功率放大器的輸出端與所述磁芯繞組之間；當測量不同頻率下的磁化曲線時，通過選擇與頻率匹配的電容值來保證磁芯磁化飽和。更進一步地，所述磁芯繞組的匝數該式子表征待測磁芯是否可在功率放大器輸出激勵下達到飽和；其中，u(f,t)為可調激勵電壓，f為輸出電壓頻率，ro和ri分別是磁芯的外徑和內徑，A為磁芯橫截面積，η為封裝系數，Bs為磁芯飽和磁感應強度，N為磁芯繞組匝數，t0為激勵波形的半周期。更進一步地，所述功率放大器的最大輸出電流該式子表征待測磁芯飽和時功率放大器輸出激勵是否超過額定值；其中，umax為可調激勵電壓u(f,t)的峰值，L為N匝磁芯繞組的電感，f為輸出電壓頻率。本專利技術還提供了一種應用于上述的測量裝置的磁芯匝數的選取方法，包括下述步驟：(1)獲得所述測量裝置中功率放大器輸出特性參數最大輸出電流Imax和可調激勵電壓u(f,t)的峰值Vmax，獲得待測磁芯的出廠參數磁芯飽和磁感應強度Bs、封裝系數η、磁芯橫截面積A、磁芯的外徑ro、磁芯的內徑ri及相對磁導率μr；(2)計算使磁芯達到飽和時的最大匝數Nmax以及使功率放大器處于最大輸出特性時磁芯的最小匝數Nmin；(3)當所述最大匝數Nmax大于所述最小匝數Nmin時，在所述最大匝數Nmax與所述最小匝數Nmin之間任選一匝數作為所述待測磁芯的匝數。更進一步地，所述功率放大器處于最大輸出特性為：功率放大器的最大輸出電流umax為可調激勵電壓u(f,t)的峰值，L為N匝磁芯繞組的電感，f為輸出電壓頻率。更進一步地，所述待測磁芯的匝數N滿足以下公式：由于在實驗前無法預估該磁芯的磁化曲線測量能否在已有測量條件下進行，測量時其匝數的選取也是未知，通過本專利技術所構思的以上技術方案，與現有技術相比，既能計算特定測量平臺能夠滿足的磁芯極限尺寸、匝數，又能為大尺寸磁芯測量選用合適參數的實驗測量平臺。附圖說明圖1是本專利技術實施例提供的大尺寸磁芯高頻磁化特性測量裝置的結構原理框圖。圖2是一個典型的不對稱磁滯回線測量結果。圖3是本專利技術實施例提供的增加隔離偏置單元后對稱磁滯回線測量結果。圖4是本專利技術實施例提供的大尺寸磁芯高頻磁化特性測量裝置的磁芯匝數選取方法實現流程圖。具體實施方式為了使本專利技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。針對現有技術的缺陷，本專利技術的目的是測量大尺寸磁芯的高頻磁化特性，解決勵磁功率與磁芯尺寸無明確對應關系的問題，提高大尺寸磁芯高頻磁化特性測量的針對性與高效性。本專利技術提供的一種大尺寸磁芯高頻磁化特性測量裝置包括信號發生器、功率放大器、隔離偏置單元、磁芯繞組，功率放大器需經隔離偏置單元為磁芯繞組提供激勵；適用磁芯選取方法包括第一磁芯匝數限定公式、第二磁芯匝數限定公式、尺寸匝數判據，其特征在于所述兩個磁芯匝數限定公式由功率放大器電氣參數和磁芯出廠參數推出，尺寸匝數判據由功率放大器輸出參數推出。在本專利技術實施例中，信號發生器產生低幅值函數信號，經功率放大器放大為磁芯提供特定函數激勵波形。隔離偏置單元由無感電容制成，串接在功率放大器和磁芯繞組之間。第一磁芯匝數限定公式表征待測磁芯是否可在功率放大器輸出激勵下達到飽和。第二磁芯匝數限定公式表征待測磁芯飽和時功率放大器輸出激勵是否超過額定值。第一磁芯匝數限定公式和第二磁芯匝數限定公式必須共同滿足共同所述尺寸匝數判據。以上配置的根據本專利技術實施例的大尺寸磁芯高頻磁化特性測量裝置及磁芯匝數選取方法能夠克服勵磁電源的固有不對稱性，可測量較大尺寸磁芯在數百千赫茲激勵下的飽和磁滯回線。此外，以上配置的根據本專利技術實施例的大尺寸磁芯高頻磁化特性測量裝置及磁芯匝數選取方法一方面可用于現有測量裝置的針對性使用，另一方面可作為面向特定尺寸磁芯高頻飽和磁滯回線測量裝置設計的重要依據。為了使本專利技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。圖1是一種大尺寸磁芯高頻磁化特性測量裝置結構框圖，測量裝置包括信號發生器、功率放大器、隔離偏置單元、磁芯繞組。在高頻周期勵磁作用下，由于信號源和高頻功率放大器器件的固有特性，常會輸出一定直流偏置電流，這會導致周期勵磁的不對稱性，進而造成測量的磁滯回線不對稱，一個典型的不對稱磁滯回線測量結果如圖2所示。大尺寸磁芯的磁化特性測量需要高功率的功率放大器和高輸入參數的信號發生源，因此測量中的直流偏置被放大，影響穩態磁滯回線的測量。為了避免不對稱的周期勵磁，本專利技術測量裝置的功率放大器需經隔離偏置單元為磁芯繞組提供激勵。隔離偏置單元一無感電容，串接在功率放大器輸出端與磁芯繞組之間，當測量裝置測量不同頻率下的磁化曲線時，能夠方便的替換不同參數的無感電容，保證磁芯磁化飽和。采用了隔離偏置單元后測得的某條件下對稱的磁滯回線如圖3所示。圖4示出了一種大尺寸磁芯高頻磁化特性測量裝置的磁芯匝數選取方法的實現流程，具體包括如下步驟：(1)獲得測量裝置平臺功率放大器輸出特性參數Imax和Vmax，獲得所測磁芯的出廠參數Bs、η、A、ro、ri及μr；(2)計算使磁芯達到飽和的最大匝數Nmax，及功率放大器最大輸出特性時磁芯的最小匝數Nmin；(3)如果最大匝數Nmax小于最小匝數Nmin，則該磁芯不能用于裝置測量。如果最大匝數Nmax大于最小匝數Nmin，則應該在兩個匝數之間選取某一匝數，在待測磁芯上繞制測量其飽和磁化曲線。在脈沖功率領域，磁芯體積通常是普通開關電源磁芯的幾倍到幾十倍，且工作在數十到數百千赫茲的磁化頻率下，常要求磁化至飽和狀態。高頻下，隔離偏置單元的電容的容抗較小，可以忽略，認為功率放大器輸出電壓全部施加在磁芯繞組兩端。為了保證磁芯磁化至飽和，需滿足：其中，f為輸出電壓本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種大尺寸磁芯高頻磁化特性的測量裝置，其特征在于，包括依次連接的信號發生器、功率放大器、隔離偏置單元和磁芯繞組；所述信號發生器產生的低幅值函數信號，經所述功率放大器放大后，通過所述隔離偏置單元為所述磁芯繞組提供具有特定函數激勵波形的激勵波。

【技術特征摘要】
1.一種大尺寸磁芯高頻磁化特性的測量裝置，其特征在于，包括依次連接的信號發生器、功率放大器、隔離偏置單元和磁芯繞組；所述信號發生器產生的低幅值函數信號，經所述功率放大器放大后，通過所述隔離偏置單元為所述磁芯繞組提供具有特定函數激勵波形的激勵波。2.如權利要求1所述的測量裝置，其特征在于，所述隔離偏置單元包括：無感電容，串接在所述功率放大器的輸出端與所述磁芯繞組之間；當測量不同頻率下的磁化曲線時，通過選擇與頻率匹配的電容值來保證磁芯磁化飽和。3.如權利要求1或2所述的測量裝置，其特征在于，所述磁芯繞組的匝數u(f,t)為可調激勵電壓，f為輸出電壓頻率，ro和ri分別是磁芯的外徑和內徑，A為磁芯橫截面積，η為封裝系數，Bs為磁芯飽和磁感應強度，N為磁芯繞組匝數，t0為激勵波形的半周期。4.如權利要求1-3任一項所述的測量裝置，其特征在于，所述功率放大器的最大輸出電流umax為可調激勵電壓u(f,t)的峰值，L為N匝磁芯繞組的電感，f為輸出電壓頻率。5.一種應用于權利要求1所述的測量裝置的磁芯匝數的選取方法，其特征在于，包括下述步驟：(1)獲得...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉毅，林福昌，韓毅博，廖爽，劉思維，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：發明
國別省市：湖北;42