反應(yīng)堆損失　　圖 1 示出了電抗器的等效電路，可以將其視為電感元件 Ls 與電阻 Rs 串聯(lián)的電路，代表損耗。

　　電抗器等效電路
　　圖 1：電抗器的等效電路
　　等效電路的 Ls 和 Rs 可以用標(biāo)準(zhǔn)的 LCR 表測量。在這種情況下，LCR 表會(huì)將微小的正弦波信號(hào)施加到測量目標(biāo)并測量阻抗。相比之下，工作電路中的電抗器的特性將與使用 LCR 表進(jìn)行的測量不同，原因如下：
　　開關(guān)動(dòng)作后，將對(duì)元件施加矩形波電壓，流過三角波電流，因此電壓波形和電流波形都不會(huì)是正弦波。
　　由于元件磁芯的特性，各參數(shù)會(huì)表現(xiàn)出電平依賴性。這種依賴性會(huì)導(dǎo)致元件工作時(shí)的Ls、Rs等量與用LCR表測量得到的值不同。
　　DC/DC轉(zhuǎn)換器使用過程中，流過電抗器的電流會(huì)出現(xiàn)直流疊加，疊加時(shí)的參數(shù)會(huì)因磁芯的飽和特性而有所不同?！　】傊瑢?duì)電抗器損耗和參數(shù)的高精度測量不是必須用LCR表來測量，而是必須在元件處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)進(jìn)行。

　　電抗器損耗的測量方法
　　圖 2 給出了以升壓斬波電路為例測量電抗器損耗時(shí)的測量框圖。本例中使用功率分析儀 PW6001 和電流傳感器進(jìn)行測量，儀器直接測量施加到電抗器上的電壓 UL 和電流 IL，然后計(jì)算損耗。在此設(shè)置中測量的功率包括繞組和鐵芯中消耗的功率總和。簡而言之，正在測量電抗器的總損耗。
　　為提高測量精度，應(yīng)盡量縮短電流布線路徑和電壓電纜與功率分析儀的連接距離。此外，還需要考慮電抗器附近的金屬和磁性物體的影響。電線等附近的金屬物體可能會(huì)影響電抗器的運(yùn)行，因此需要特別注意。此外，由于測量可能會(huì)受到電壓電纜周邊噪聲的影響，因此最好在測量前將電纜絞合好?！　∩龎簲夭娐分须娍蛊鲹p耗的測量

　　圖 2：升壓斬波電路中電抗器損耗的測量　　單獨(dú)測量鐵心的損耗（鐵心損耗）時(shí)，如圖3所示，將二次接線繞在鐵心上后測量電抗器電壓。

　　鐵損測量
　　圖3：磁芯損耗的測量
　　由于磁芯損耗定義為BH環(huán)路的面積，因此單位體積的磁芯損耗Pc可按下式計(jì)算，其中T表示一個(gè)BH環(huán)路周期的持續(xù)時(shí)間：
　　\large P_c = \frac{1}{T}\int HdB = \frac {1}{T}\int _0 ^TH\frac{dB}{dt}dt
　　設(shè)鐵心的磁路長度為l，磁芯的截面積為A，則一次繞組電流i與磁場H、二次繞組電壓v與磁通密度B的關(guān)系為：
　　\large H = \frac{N_li}{l}
　　\large \frac{dB}{dt}=\frac{v}{N_2A}
　　因此，單位體積的磁芯損耗可按下式計(jì)算，其中 P 表示根據(jù)初級(jí)繞組電流 i 和次級(jí)繞組電壓 v 計(jì)算出的功率。
　　\large P_c = \frac{1}{lA}\cdot \frac{N_1}{N_2}\cdot \frac{1}{T}\int_0^T v\cdot idt
　　\large = \frac{1}{lA}\cdot \frac{N_1}{N_2}\cdot P
　　此外，由于磁芯的體積由lA給出，因此磁芯的總磁芯損耗PcALL可按如下方式計(jì)算：
　　?\large P_{cALL} = P_c \cdot lA = \frac{N_1}{N_2}P
　　因此，通過采用圖3所示的裝置進(jìn)行測量，可以測量實(shí)際工作條件下的鐵損。
　　此外，功率分析儀PW6001可將以5MSa/s采樣的16位電壓和電流波形數(shù)據(jù)保存為CSV文件，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)組ATLAB*，從而使該儀器能夠生成比使用標(biāo)準(zhǔn)波形記錄器所能獲得的更高精度的波形數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)還可用于分析目的，例如繪制BH環(huán)路。
　　*MATLAB 是 Mathworks Inc. 的注冊(cè)商標(biāo)。
　　為何反應(yīng)堆損失測量如此困難？
　　電感是決定電抗器阻抗的主要成分。從功率測量的角度來看，測量的特點(diǎn)是功率因數(shù)低。簡而言之，電壓和電流之間的相位差接近 90°。如圖 4 所示，儀器的電壓和電流測量單元之間的相位誤差對(duì)測量值的影響比在高功率因數(shù)下進(jìn)行測量時(shí)更大。因此，測量單元必須具有較高的相位精度?！　∠辔徽`差與功率測量誤差的關(guān)系

　　圖4：相位誤差與功率測量誤差的關(guān)系　　另外，電抗器的開關(guān)頻率從幾十千赫到幾百千赫不等。如上所述，隨著SiC和GaN元件的商用化，開關(guān)頻率有不斷上升的趨勢(shì)，在如此高的頻率下，需要使用相位精度高的測量儀器。另外，在使用電流傳感器時(shí)，需要考慮電流傳感器的相位誤差。

　　此外，在所示的測量類型中，較大的共模電壓將施加到電壓和電流測量單元。因此，必須使用具有高共模抑制比（CMRR）的儀器。
　　如上所述，測量元件以幾十千赫茲至幾百千赫茲的頻率進(jìn)行切換，測量環(huán)境具有極大的噪聲特點(diǎn)。因此，需要使用具有高抗噪聲能力的儀器。
　　因此，傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，測量電抗器損耗是一項(xiàng)困難的過程，因?yàn)樗枰慌_(tái)在許多領(lǐng)域都表現(xiàn)出高性能的儀器。使用功率分析儀 PW6001 可以滿足這些要求，它具有以下功能：
　　采用電流傳感器移相功能，具有寬頻帶、高精度的相位特性 
　　高 CMRR（100 kHz 時(shí)為 80 dB 或更高）
　　采用專用電流傳感器，具有較高的抗噪性
　　電抗器損耗測量所需的儀器特性
　  示出了施加到所示電路中的電抗器的電壓和電流波形。電壓波形為矩形波，而電流波形為疊加了直流分量的三角波。要用這樣的波形測量精度為 0.1% 的損耗，需要大約 5 至 7 倍開關(guān)頻率的頻帶[4]。例如，當(dāng)開關(guān)頻率為 100 kHz 時(shí)，測量需要提供 500 kHz 至 700 kHz 的頻帶。
　　值得注意的是，不僅幅度（增益）需要高精度測量能力，電壓和電流之間的相位差也需要高精度測量能力。要測量超過幾安培的高頻電流，必須使用電流傳感器[2]。由于電流傳感器的相位誤差在高頻下無法忽略，因此必須采用某種校正方法。大多數(shù)其他制造商的功率分析儀和示波器使用去偏移功能執(zhí)行此校正。根據(jù)電流傳感器的特性，該方法需要對(duì)每個(gè)測量頻率使用不同的延遲時(shí)間。因此，在測量具有寬帶頻率成分的失真波形（例如三角波形）時(shí)，會(huì)導(dǎo)致更大的誤差。通過使用帶有高精度電流傳感器的功率分析儀 PW6001 以及儀器的相移功能，并將電流傳感器的相位誤差在一個(gè)點(diǎn)輸入 PW6001，可以在寬頻帶上進(jìn)行低相位誤差的測量。
　　使用功率分析儀測量反應(yīng)堆的示例
　　本節(jié)介紹使用功率分析儀 PW6001 和電流箱 PW9100 測量電抗器的示例。列出了被測電抗器的規(guī)格。測量是在使用功率放大器（4055，NF 公司）施加正弦信號(hào)的同時(shí)進(jìn)行的。
　　功率分析儀用于測量 RMS 電壓和電流值以及相位誤差和功率等參數(shù)。PW6001 允許操作員將這些基本測量值組合成可實(shí)時(shí)執(zhí)行的用戶定義計(jì)算形式?？梢酝ㄟ^設(shè)置表 2 中列出的用戶定義計(jì)算來測量電抗器參數(shù)。
　   表示以10kHz的頻率改變施加在電抗器上的電流時(shí)，電感LS和電阻RS的變化，圖8表示以0.5A的交流電流有效值固定，以100kHz的頻率改變直流偏置電流時(shí)，電感LS和電阻RS的變化。通常，LCR測量儀只能測量幾十毫安級(jí)的電流。另外，LCR測量儀的直流偏置單元能夠產(chǎn)生的直流偏置電流的范圍是有限的。由于這些限制，測量的參數(shù)與表征實(shí)際工作狀態(tài)的值不同。如本例所示，可以將功率分析儀和電源組合起來，以接近實(shí)際工作狀態(tài)的電流水平來測量電抗器。
　　測量示例說明電感和電阻的電平依賴性（f = 10 kHz）
　　本例說明如何使用電源施加正弦波電流和電壓。如上所述，通常向運(yùn)行中的電抗器施加的是矩形波電壓和三角波電流，而不是正弦波信號(hào)。功率分析儀允許在這種情況下直接測量電抗器。此外，可以根據(jù)儀器執(zhí)行的諧波計(jì)算結(jié)果計(jì)算出 LS 和 RS 等參數(shù)。這些儀器特性使更準(zhǔn)確的分析成為可能。
　　電感和電阻的直流疊加特性測量示例（f = 100 kHz）
　　結(jié)論
　　本文結(jié)合實(shí)際測量實(shí)例，介紹了高頻電抗器損耗的測量和分析方法。為了準(zhǔn)確測量高頻電抗器的損耗等參數(shù)，必須在接近實(shí)際運(yùn)行條件的條件下進(jìn)行測量。此外，本文還介紹了進(jìn)行此類測量所需的功率分析儀的高性能水平。最后，本文提供了一個(gè)使用 PW6001 功率分析儀測量和分析電抗器損耗的實(shí)例。