1 软磁材料的测量

       磁性元件变压器和电感在开关电源和其他的电子设备里面大量使用。磁性元件主要由采用软磁材料的磁芯和线圈构成。软磁材料的性能决定了变压器和电感的性能。目前常用的电 桥只能测量在小信号下的磁性元件的性能：电感量和 Q 值，不能直接反映磁性元件所用的 磁性材料的真实性能。

       目前能够测试磁性材料的全面参数的仪器只有磁化曲线BH 分析仪。

       BH 分析仪可以测试软磁材料在磁化过程中磁感强度B 与磁场强度H 之间关系的一系列BH 曲线。通过分析这些曲线，可以得到磁性材料在不同的激励频率下的磁参数Bm,Hm,Br,Hc, 初始磁导率 ，磁芯损耗Pc，如下图1

图 1 BH 曲线

       BH 分析仪是一种昂贵的精密仪器，价格高达数十万元人民币。一般的企业、大学和研 究机构很少拥有BH 分析仪。仪器的缺乏使得这些单位对磁性元件的研究和教学工作停留在 书本上的知识，或者用电桥进行简单的测试。

      因此本文介绍的一种低成本的BH 分析仪具有很大的实用价值。

2 数字示波器和宽带功率放大器构成的磁化曲线 BH 分析仪

      BH 分析仪是由激励信号源，宽带功率功率放大器，被测磁性元件的电压和电流信号处 理电路，对应的 AD 采样和软件处理模块构成。

      由于目前数字示波器的功能和价格已经非常出色，我们不但可以利用它来实现AD 采样， 而且也可以使用数字示波器内部带有的信号源作为激励信号源。这样构成一套 BH 分析仪变得很简单，只有外加一台宽带功率放大器，被测磁性元件的电压和电流信号处理电路和软件处理用PC 即可。如图2 所示的框图

图 2 BH 分析仪框图

图3 BH 分析仪实物构成图

      图 3 是实物图中，两通道数字示波器我们选择了美国是德(KEYSIGHT)公司的 DSOX1102G，这是一款入门级的示波器，面板上还有一个输出口可以产生20M 的正弦波信号，正好作为激励信号源。

      由于BH 分析仪测试磁化曲线时，磁性元件需要用高频大电流进行激励才能达到真实的工作条件，所以对宽带功率放大器的功率带宽和输出电压电流能力要求很高。宽带功率放大器我们选择了知用(CYBERTEK)公司的PA3018 功率放大器。它的大输出能力是260VA，功率带宽高达1M，非常适合用来推动磁性元件的测试。

      被测的磁性元件一般做成一个环形磁芯试样。在磁芯上我们绕两组线圈，分别是原边和付边。两个线圈连接到测试工装的4 个接线柱上。被测磁性元件的原边电流 I 和付边电压信号U 使用差分放大后输出到两通道数字示波器。

      参考示波器厂家提供的编程手册,编写程序通过 USB 接口从示波器读取波形数据。然后根据数学公式，输入被测磁环的物理参数，转换成BH 曲线。

      工作的时候，只要调整信号源的频率和幅值，就可以控制曲线的B 和H 的大值，并进一步计算磁环的损耗等指标。

3 BH 曲线的计算公式

    我们设被测磁环的原边匝数 N1,电流 i1，付边匝数N2，电流i2

    那么H= N1*i1*/L，其中 N1 是输入线圈的匝数;i1 是输入线圈的电流，单位是 A;L 是被测磁环的平均磁路长度，单位是 m;H 的单位是A/m。

      其中 S 是被测磁环的截面积，单位是m2;N2 是输出线圈的匝数;U2 是输出线圈两端的电压，单位是V;B 的单位是T。

      Bm是大磁通密度，单位是T；Hm 是大磁场强度，单位是 A/m。

     其中μ0是真空磁导率, μ0= 4πx10-7 亨利/米。μa 是初始磁导率。

      其中Pc是磁芯损耗，单位是W。

      其中 是i1RMS的i1有效值， U2RMS是U2的有效值，VA 是视在功率，单位是 VA

     其中θ是相位角，单位是度。

4 测试结果

  为了验证本设计的测试精度，我们采用相同的试样和测试条件，对比本设计和日本IWATSU SY-8232 型BH 分析仪的测试结果。

5 本方法的优缺点：

（1）性价比很高，也能够达到一定测试精度。

（2）示波器采样数据是8 位的。在没有标定的前提下，数据的误差大约是5%以内，对于一般的应用应该足够了。

（3）受限于硬件条件，相位精度不够高。当频率比较高的时候(比如超过200KHz)，或者磁环的相位角θ接近 90 度的时候，用这种方法计算的损耗误差相对比较大。