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电动汽车驱动 ★ 5.0

改进的振荡法用于高频磁芯损耗测量

Improved Oscillation Method for High-Frequency Magnetic Core Loss Measurement

作者 Dawei Xiang · Zhiwen Sun · Hao Li · Hangkang Hu · Hongsheng Zhong · Guolin Lu
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2024年10月
技术分类 电动汽车驱动
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 磁芯损耗测量 高频应用 改进振荡法 开关损耗 准确性验证
语言:

中文摘要

准确测量磁芯损耗对于高频运行的电力电子变换器的磁路和热设计具有重要意义。然而,常用的双绕组法由于电压和电流相位误差,难以用于超高频测量。振荡法为高频应用提供了一种有前景的解决方案,但存在额外开关损耗的缺点。为应对这些挑战,本研究提出了一种改进的振荡方法,该方法通过将开关导通状态损耗从谐振电路中移除来消除该损耗,并利用变压器的阻抗放大效应来降低开关关断状态损耗。本文首先分析了其基本原理,包括改进的振荡测试电路、测试流程和磁芯损耗计算算法。接着讨论了诸如励磁线圈、测试条件、开关元件以及其他损耗补偿等实施方面的考虑因素。最后,进行了实验工作,在300 kHz、2 MHz和10 MHz频率下对所提出的方法进行评估。结果验证了该方法在高频下具有较高的准确性,同时能有效将开关损耗降低至可忽略不计的水平。

English Abstract

Accurate measurement of magnetic core loss is of great significance for magnetic and thermal design for power electronic converters operating at high frequencies. However, the commonly used two-winding method is difficult for ultrahigh frequency measurement due to the voltage and current phase error. The oscillation method presents a promising solution for high-frequency applications, albeit with the drawback of additional switch losses. To address these challenges, this study proposes an improved oscillation method that eliminates the switch on-state loss by removing it from the resonant circuit and reduces the switch off-state loss by a transformer utilizing its impedance amplification effect. This article begins with an analysis of the underlying principle, including the improved oscillation test circuit, procedure, and core loss calculation algorithm. Next, implementation considerations such as the magnetizing coil, test conditions, switch components, and compensation for other losses are discussed. Finally, experimental work is conducted to evaluate the proposed method at 300 kHz, 2 MHz, and 10 MHz. The results validate its superior accuracy at high frequencies while effectively mitigating switch losses to negligible levels.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项改进的振荡法磁芯损耗测量技术具有重要的战略价值。随着我们的光伏逆变器和储能变流器向更高功率密度和更高开关频率方向发展,磁性元件在高频段(300kHz至10MHz)的精确损耗特性测量已成为制约产品优化设计的关键瓶颈。

该技术的核心价值在于解决了传统双绕组法在超高频段因相位误差导致的测量失真问题,同时通过创新性地将开关移出谐振回路并利用变压器阻抗放大效应,将开关损耗降至可忽略水平。这对阳光电源当前推进的高频化技术路线具有直接支撑作用。在我们的1500V光伏逆变器和液冷储能系统中,准确掌握磁芯在实际工作频率下的损耗特性,可显著提升磁热设计的精确度,进而实现系统效率提升0.2-0.5个百分点,这在大规模电站应用中将带来可观的发电收益。

从技术成熟度评估,该方法已在300kHz至10MHz频段完成实验验证,与我们SiC和GaN宽禁带器件应用的频率范围高度契合。然而,将其转化为产品级测试平台仍需克服若干挑战:补偿算法在不同磁芯材料和温度条件下的适应性需要大量标定工作;测试夹具的寄生参数控制要求极高的工艺一致性;10MHz以上频段的电磁兼容性也需要专门设计。

建议我们的中央研究院磁技术团队优先在新一代高频变压器和电感的选型验证中引入该技术,建立自主的高频磁性元件数据库,这将成为支撑阳光电源高频化产品差异化竞争的核心能力之一。