高频变压器损耗测量系统和方法技术方案

本发明专利技术提供一种HFT损耗测量系统和方法。HFT损耗测量系统应用于DUT，DUT包括HFT、原边引出端、副边引出端和外壳，其中，HFT完全包裹在外壳中，HFT包括磁芯、原边绕组和副边绕组，原边引出端与原边绕组相连，副边引出端与副边绕组相连，外壳外形为长方体；HFT损耗测量系统包括温度测量装置、损耗测量装置和处理装置，损耗测量装置包括绕组损耗测量装置和/或磁芯损耗测量装置。DUT对外界的散热通过测量DUT外壳表面的温度来获知，这种操作方式比较简单。同时，基于HFT的绕组损耗和/或磁芯损耗与温度之间的对应关系确定HFT的总损耗与温度之间的对应关系，进而确定实际总损耗。可以有效降低设备的复杂度和操作难度，并可以降低设备成本。

【技术实现步骤摘要】
高频变压器损耗测量系统和方法
本专利技术涉及变压器
，具体地，涉及一种高频变压器损耗测量系统和方法。
技术介绍
隔离双向DC-DC变换器(IsolatedBidirectionalDC-DCConverter，简称IBDC)广泛应用于储能系统、电动汽车、数据中心等许多领域中。常见类型的IBDC都必须依赖于高频变压器(High-FrequencyTransformer，简称HFT)，以实现电压变比、隔离耐压等功能，同时HFT的损耗和体积会对IBDC的效率和功率密度产生显著影响。为了优化IBDC的效率和功率密度，需要建立准确的HFT损耗模型，进一步地，需要准确的HFT损耗测量值作为数据支撑。HFT损耗测量方法的首要需求是高精度，其次是成本低、易实现。传统的测量HFT损耗的方法包括电信号法和量热法。其中，电信号法测量损耗在效率很高时误差很大，并且对示波器的带宽要求非常高，同样的仪器精度条件下，损耗测量误差随着工作频率的提高迅速增加；此外，在任意波形激励下，电信号法测量损耗更为复杂，误差也更大。量热法测量损耗的主要优点是精度高，且精度不受频率和激励波形影响，但已有的量热法都需要严格测量HFT与外界环境之间的换热，因此需要额外的装置，设备成本高，并且安装过程复杂。
技术实现思路
为了至少部分地解决现有技术中存在的问题，提供一种HFT损耗测量系统和方法。根据本专利技术一个方面，提供一种HFT损耗测量系统，应用于待测设备(DeviceUnderTest，简称DUT)，DUT包括HFT、原边引出端、副边引出端和外壳，其中，HFT完全包裹在外壳中，HFT包括磁芯、原边绕组和副边绕组，原边引出端与原边绕组相连，副边引出端与副边绕组相连，外壳外形为长方体；HFT损耗测量系统包括温度测量装置、损耗测量装置和处理装置，损耗测量装置包括绕组损耗测量装置和/或磁芯损耗测量装置，其中，温度测量装置用于测量外壳表面的温度；绕组损耗测量装置用于与原边引出端连接，并且用于在原边引出端上施加直流电压并测量原边引出端上的第一电压以及原边引出端中的第一电流；磁芯损耗测量装置用于分别与原边引出端和副边引出端连接，并且用于在原边引出端上施加交流电压并测量副边引出端上的第二电压和原边引出端中的第二电流；处理装置用于：执行确定第一对应关系的第一对应操作，和/或，执行确定第二对应关系的第二对应操作，其中，第一对应关系是HFT的绕组损耗与外壳表面的温度之间的对应关系，第二对应关系是HFT的磁芯损耗与外壳表面的温度之间的对应关系；基于第一对应关系和/或第二对应关系确定第三对应关系，其中，第三对应关系是HFT的总损耗与外壳表面的温度之间的对应关系；基于第三对应关系以及实际温度数据，确定HFT在待测工况下的实际总损耗，其中，实际温度数据是温度测量装置在HFT处于待测工况下时测量获得的温度数据；其中，第一对应操作包括：基于在绕组损耗校准阶段绕组损耗测量装置测量获得的第一电压的电压数据和第一电流的电流数据以及温度测量装置测量获得的温度数据，确定第一对应关系；第二对应操作包括：基于在磁芯损耗校准阶段磁芯损耗测量装置测量获得的第二电压的电压数据和第二电流的电流数据以及温度测量装置测量获得的温度数据，确定第二对应关系，其中，在磁芯损耗校准阶段，HFT置于空载状态。示例性地，温度测量装置包括热成像仪。示例性地，温度测量装置包括温度传感器。示例性地，绕组损耗测量装置包括直流电源、电流表、电压表和第一开关，其中，直流电源用于与原边引出端连接，并用于提供直流电压；电压表与直流电源并联，用于测量第一电压；电流表与直流电源串联，用于测量第一电流；第一开关与直流电源串联，用于连通或断开直流电源与原边引出端之间的连接通路。示例性地，磁芯损耗测量装置包括交流电源、示波器装置和第二开关，交流电源用于与原边引出端连接，并用于提供交流电压；示波器装置用于测量第二电压和第二电流，其中，示波器装置包括示波器、电压探头和电流探头，电压探头和电流探头分别与示波器连接，电压探头用于与副边引出端连接，电流探头与交流电源连接；第二开关与交流电源串联，用于连通或断开交流电源与原边引出端之间的连接通路。示例性地，处理装置分别与温度测量装置和损耗测量装置连接。根据本专利技术另一方面，还提供一种HFT损耗测量方法，应用于上述HFT损耗测量系统，其中，HFT损耗测量方法包括校准步骤和损耗测量步骤，校准步骤包括绕组损耗校准步骤和/或磁芯损耗校准步骤，绕组损耗校准步骤包括：在绕组损耗校准阶段，利用绕组损耗测量装置在原边引出端上依次施加多个不同幅值的直流电压，并测量与多个不同幅值的直流电压一一对应的多组第一电压电流数据，每组第一电压电流数据包括与当前幅值的直流电压相对应的第一电压的第一电压数据以及第一电流的第一电流数据；在绕组损耗校准阶段，利用温度测量装置测量与多个不同幅值的直流电压一一对应的多组第一温度数据；利用处理装置基于多组第一电压电流数据计算与多个不同幅值的直流电压一一对应的多个绕组损耗值；利用处理装置确定多个绕组损耗值与多组第一温度数据之间的对应关系，以获得第一对应关系；磁芯损耗校准步骤包括：在磁芯损耗校准阶段，利用磁芯损耗测量装置在原边引出端上依次施加多个不同幅值的交流电压，并测量与多个不同幅值的交流电压一一对应的多组第二电压电流数据，每组第二电压电流数据包括与当前幅值的交流电压相对应的第二电压的第二电压数据以及第二电流的第二电流数据；在磁芯损耗校准阶段，利用温度测量装置测量与多个不同幅值的交流电压一一对应的多组第二温度数据；利用处理装置基于多组第二电压电流数据计算与多个不同幅值的交流电压一一对应的多个磁芯损耗值；利用处理装置确定多个磁芯损耗值与多组第二温度数据之间的对应关系，以获得第二对应关系；损耗测量步骤包括：在HFT处于待测工况下时，利用温度测量装置测量获得实际温度数据；利用处理装置基于第一对应关系和/或第二对应关系确定第三对应关系；利用处理装置基于第三对应关系以及实际温度数据，确定HFT在待测工况下的实际总损耗。示例性地，利用处理装置基于多组第二电压电流数据计算与多个不同幅值的交流电压一一对应的多个磁芯损耗值包括：利用处理装置，按照如下公式(1)计算多个磁芯损耗值中的每个磁芯损耗值Pc：其中，Te为当前幅值的交流电压的变化周期，n12为原边绕组与副边绕组的匝数之比，u2为与当前幅值的交流电压相对应的第二电压数据，i2为与当前幅值的交流电压相对应的第二电流数据，dt为时间的微分。示例性地，在温度测量装置包括热成像仪的情况下，温度测量装置测量获得的温度数据包括与外壳所有表面上的多个温度区域一一对应的多个温度值，每个温度区域具有对应的面积，利用处理装置基于第一对应关系和/或第二对应关系确定第三对应关本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高频变压器损耗测量系统，应用于待测设备，所述待测设备包括高频变压器、原边引出端、副边引出端和外壳，其中，所述高频变压器完全包裹在所述外壳中，所述高频变压器包括磁芯、原边绕组和副边绕组，所述原边引出端与所述原边绕组相连，所述副边引出端与所述副边绕组相连，所述外壳外形为长方体；/n所述高频变压器损耗测量系统包括温度测量装置、损耗测量装置和处理装置，所述损耗测量装置包括绕组损耗测量装置和/或磁芯损耗测量装置，其中，/n所述温度测量装置用于测量所述外壳表面的温度；/n所述绕组损耗测量装置用于与所述原边引出端连接，并且用于在所述原边引出端上施加直流电压并测量所述原边引出端上的第一电压以及所述原边引出端中的第一电流；/n所述磁芯损耗测量装置用于分别与所述原边引出端和所述副边引出端连接，并且用于在所述原边引出端上施加交流电压并测量所述副边引出端上的第二电压和所述原边引出端中的第二电流；/n所述处理装置用于：/n执行确定第一对应关系的第一对应操作，和/或，执行确定第二对应关系的第二对应操作，其中，所述第一对应关系是所述高频变压器的绕组损耗与所述外壳表面的温度之间的对应关系，所述第二对应关系是所述高频变压器的磁芯损耗与所述外壳表面的温度之间的对应关系；/n基于所述第一对应关系和/或所述第二对应关系确定第三对应关系，其中，所述第三对应关系是所述高频变压器的总损耗与所述外壳表面的温度之间的对应关系；/n基于所述第三对应关系以及实际温度数据，确定所述高频变压器在待测工况下的实际总损耗，其中，所述实际温度数据是所述温度测量装置在所述高频变压器处于所述待测工况下时测量获得的温度数据；/n其中，所述第一对应操作包括：基于在绕组损耗校准阶段所述绕组损耗测量装置测量获得的所述第一电压的电压数据和所述第一电流的电流数据以及所述温度测量装置测量获得的温度数据，确定所述第一对应关系；/n所述第二对应操作包括：基于在磁芯损耗校准阶段所述磁芯损耗测量装置测量获得的所述第二电压的电压数据和所述第二电流的电流数据以及所述温度测量装置测量获得的温度数据，确定所述第二对应关系，其中，在所述磁芯损耗校准阶段，所述高频变压器置于空载状态。/n...

【技术特征摘要】
1.一种高频变压器损耗测量系统，应用于待测设备，所述待测设备包括高频变压器、原边引出端、副边引出端和外壳，其中，所述高频变压器完全包裹在所述外壳中，所述高频变压器包括磁芯、原边绕组和副边绕组，所述原边引出端与所述原边绕组相连，所述副边引出端与所述副边绕组相连，所述外壳外形为长方体；
所述高频变压器损耗测量系统包括温度测量装置、损耗测量装置和处理装置，所述损耗测量装置包括绕组损耗测量装置和/或磁芯损耗测量装置，其中，
所述温度测量装置用于测量所述外壳表面的温度；
所述绕组损耗测量装置用于与所述原边引出端连接，并且用于在所述原边引出端上施加直流电压并测量所述原边引出端上的第一电压以及所述原边引出端中的第一电流；
所述磁芯损耗测量装置用于分别与所述原边引出端和所述副边引出端连接，并且用于在所述原边引出端上施加交流电压并测量所述副边引出端上的第二电压和所述原边引出端中的第二电流；
所述处理装置用于：
执行确定第一对应关系的第一对应操作，和/或，执行确定第二对应关系的第二对应操作，其中，所述第一对应关系是所述高频变压器的绕组损耗与所述外壳表面的温度之间的对应关系，所述第二对应关系是所述高频变压器的磁芯损耗与所述外壳表面的温度之间的对应关系；
基于所述第一对应关系和/或所述第二对应关系确定第三对应关系，其中，所述第三对应关系是所述高频变压器的总损耗与所述外壳表面的温度之间的对应关系；
基于所述第三对应关系以及实际温度数据，确定所述高频变压器在待测工况下的实际总损耗，其中，所述实际温度数据是所述温度测量装置在所述高频变压器处于所述待测工况下时测量获得的温度数据；
其中，所述第一对应操作包括：基于在绕组损耗校准阶段所述绕组损耗测量装置测量获得的所述第一电压的电压数据和所述第一电流的电流数据以及所述温度测量装置测量获得的温度数据，确定所述第一对应关系；
所述第二对应操作包括：基于在磁芯损耗校准阶段所述磁芯损耗测量装置测量获得的所述第二电压的电压数据和所述第二电流的电流数据以及所述温度测量装置测量获得的温度数据，确定所述第二对应关系，其中，在所述磁芯损耗校准阶段，所述高频变压器置于空载状态。


2.根据权利要求1所述的高频变压器损耗测量系统，其特征在于，所述温度测量装置包括热成像仪。


3.根据权利要求1所述的高频变压器损耗测量系统，其特征在于，所述温度测量装置包括温度传感器。


4.根据权利要求1至3任一项所述的高频变压器损耗测量系统，其特征在于，所述绕组损耗测量装置包括直流电源、电流表、电压表和第一开关，其中，
所述直流电源用于与所述原边引出端连接，并用于提供所述直流电压；
所述电压表与所述直流电源并联，用于测量所述第一电压；
所述电流表与所述直流电源串联，用于测量所述第一电流；
所述第一开关与所述直流电源串联，用于连通或断开所述直流电源与所述原边引出端之间的连接通路。


5.根据权利要求1至4任一项所述的高频变压器损耗测量系统，其特征在于，所述磁芯损耗测量装置包括交流电源、示波器装置和第二开关，
所述交流电源用于与所述原边引出端连接，并用于提供所述交流电压；
所述示波器装置用于测量所述第二电压和所述第二电流，其中，所述示波器装置包括示波器、电压探头和电流探头，所述电压探头和所述电流探头分别与所述示波器连接，所述电压探头用于与所述副边引出端连接，所述电流探头与所述交流电源连接；
所述第二开关与所述交流电源串联，用于连通或断开所述交流电源与所述原边引出端之间的连接通路。


6.根据权利要求1至5任一项所述的高频变压器损耗测量系统，其特征在于，所述处理装置分别与所述温度测量装置和所述损耗测量装置连接。


7.一种高频变压器损耗测量方法，应用于根据权利要求1至6任一项所述的高频变压器损耗测量系统，其中，所述高频变压器损耗测量方法包括校准步骤和损耗测量步骤，所述校准步骤包括绕组损耗校准步骤和/或磁芯损耗校准步骤，
所述绕组损耗校准步骤包括：
在所述绕组损耗校准阶段，利用所述绕组损耗测量装置在所述原边引出端上依次施加多个不同幅值的直流电压，并测量与所述多个不同幅值的直流电压一一对应的多组第一电压电流数据，每组第一电压电流数据包括与当前幅值的直流电压相对应的所述第一电压的第一电压数据以及所述第一电流的第一电流数据；
在所述绕组损耗校准阶段，利用所述温度测量装置测量与所述多个不同幅值的直流电压一一对应的多组第一温度数据；
利用所述处理装置基于所述多组第一电压电流数据计算与所述多个不同幅值的直流电压一一对应的多个绕组损耗值；
利用所述处理装置确定所述多个绕组损耗值与所述多组第一温度数据之间的对应关系，以获得所述第一对应关系；
所述磁芯损耗校准步骤包括：
在所述磁芯损耗校准阶段，利用所述磁芯损耗测量装置在所述原边引出端上依次施加多个不同幅值的交流电压，并测量与所述多个不同幅值的交流电压一一对应的多组第二电压电流数据，每组第二电压电流数据包括与当前幅值的交流电压相对应的所述第二电压的第二电压数据以及所述第二电流的第二电流数据；
在所述磁芯损耗校准阶段，利用所述温度测量装置测量与所述多个不同幅值的交流电压一一对应的多组第二温度数据；
利用所述处理装置基于所述多组第二电压电流数据计算与所述多个不同幅值的交流电压一一对应的多个磁芯损耗值；
利用所述处理装置确定所述多个磁芯损耗值与所述多组第二温度数据之间的对应关系，以获得所述第二对应关系；
所述损耗测量步骤包括：
在所述高频变压器处于所述待测工况下时，利用所述温度测量装置测量获得所述实际温度数据；
利用所述处理装置基于所述第一对应关系和/或所述第二对应关系确定第三对应关系；
利用所述处理装置基于所述第三对应关系以及所述实际温度数据，确定所述高频变压器在所述待测工况下的实际总损耗。


8.根据权利要求7所述的高频变压器损耗测量方法，其特征在于，利用所述处理装置基于所述多组第二电压电流数据计算与所述多个不同幅值的交流电压一一对应的多个磁芯损耗值包括：
利用所述处理装置，按照如下公式(1)计算所述多个磁芯损耗值中的每个磁芯损耗值Pc：



其中，Te为当前幅值的交流电压的变化周期，n12为所述原边绕组与所述副边绕组的匝数之比，u2为与所述当前幅值的交流电压相对应的所述第二电压数据，i2为与所述当前幅值的交流电压相对应的所述第二电流数据，dt为时间的微分。


9.根据权利要求7所述的高频变压器损耗测量方法，其特征在于，在所述温度测量装置包括热成像仪的情况下，所述温度测量装置测量获得的温度数据包括与所述外壳所有表面上的多个温度区域一一对应的多个温度值，每个温度区域具...

【专利技术属性】
技术研发人员：易哲嫄，孙凯，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11