电抗器损耗测量中的测量误差因素及高精度测量要点
电抗器定义
电抗器是由感应线圈构成的元件，用于抑制浪涌电流和高频干扰，平滑电流等。主要分为直流电抗器和交流电抗器两种，广泛应用于功率因数校正电路（PFC电路*1）、降压/升压斩波器及滤波电路。
在电子元器件领域多称为电感器，而在电力系统及逆变器等电力电子领域则称为电抗器。
*1：功率因数校正的简称。指集成于电源设备或逆变器中的电路，用于调整输入电流波形以提升功率因数。
使用电抗器的典型电路
DC/DC转换器的升压斩波电路
传统上用于混合动力汽车（HEV）提升电机输出，近年来在电动车（EV）和燃料电池车（FCV）中的应用逐渐增加。此外，也用于太阳能发电中对光伏组件电压的升压处理。
AC/DC转换器中的交错式功率因数校正
该技术被广泛应用于数据中心用AC/DC转换器、空调的功率因数校正电路及电动车的充电电路等。
这些回路中以往主要采用IGBT作为开关器件，主流开关频率约20kHz，近年来，随着SiC和GaN的开关元件逐步投入应用，高耐压化和高开关频率不断推进。
由此可见，电抗器在电力电子领域中是十分常见且至关重要的器件。
电抗器损耗测量的必要性
当前，以电力电子为代表的各类市�。迪值缒艿母咝Ю茫缘缭刺岢鲂⌒突�、轻量化、低损耗的需求。
其中，电抗器等无源电子器件在电源整体的体积和重量中占有较大比重，随着包含逆变器在内的系统整体效率提升，其损耗大小也不可忽视。因此，准确测量并掌握电抗器损耗，对于设计改进、效率提升以及电源高性能化具有不可或缺的重要意义。
电抗器损耗测量中的课题
基于LCR测试仪的测量方法
在电子元器件领域中，电感器的测量通常采用LCR测试仪进行。然而，电抗器存在电平依赖性，随着输入信号增大，磁通密度提高，损耗特性随之变化。因此，小信号测量无法准确反映实际的损耗及其行为特征。
此外，LCR测试仪仅限于小信号正弦波测量，在可叠加信号的电平上也存在限制。若试图在实际运行状态下进行测量，过大的输入可能导致测量仪器损坏。
采用功率分析仪的测量方法
通过使用功率分析仪，可以在实际运行条件下实现对损耗的准确测量。然而，在电抗器损耗的测量中，电压与电流的相位差（功率因数角）接近90°，属于功率因数极低条件下的评估。因此，在选用功率分析仪及电流传感器时，涵盖开关频率的高频域内的相位精度是最关键的指标。
 |  |
| 升压斩波电路中电抗器的波形与测量值 |
建议的解决方案
我们推荐使用功率分析仪 PW8001（U7005）与电流传感器 CT6904A 的组合。
两设备各自均实现了宽带域且平坦的频率特性与相位特性，组合使用下的精度也有所保障。
PW8001 + CT6904A组合方案与A公司、B公司解决方案的相位特性比较如图所示。可以看出PW8001 + CT6904A在宽带域内保持了平坦的相位特性。
组合条件下的相位特性比较
相位误差对电抗器损耗的影响
损耗误差 [%] 的计算公式如下所示。
Perror：损耗误差，Φ：功率因数角，ΔΦ：相位误差
项目 | PW8001（U7005） | A公司 | B公司 | |
相位误差ΔΦ | [°] | ?0.03 | ?3.50 | +2.04 |
损耗误差 | [W] | ?0.523 | ?60.94 |
+35.59 |
[%] | ?1.49 | ?174.63 | +102.00 | |
显示值 | [W] | 34.376 | ?26.046 | 70.497 |
以上述图表为例，计算视在功率（VI）=1 kW，Φ=88°，频率f=200 kHz的正弦波下电抗器损耗。此时，电抗器损耗的理论值为34.89 W（P = VIcosΦ）。与此相比可以看出A公司和B公司受到相位误差的影响较大。
实测案例
采用两种电流传感器进行了电抗器损耗的实际测量比较。本实验中将CT6872作为CT6904A的对比对象使用。
 |  |
| 框图 | 待测器件连接放大图 |
测量条件
? 正弦波 电流：约2 A以下 频率：100 kHz~500 kHz，每100 kHz递增测量
? 数据更新率：200 ms
? 平均处理：开启（移动平均8次）
? 同步源：各通道电压
? LPF：OFF
? 相位补偿：开启（自动补偿）
? 其他设置均相同
测量结果
以下展示了正弦波频率从100 kHz递增至500 kHz时，有功功率（电抗器损耗）与相位关系的图示。
 |  |
| 有功功率比较 | 相位比较 |
当施加电流的频率从100 kHz逐渐升高时，CT6872在400 kHz时功率因数角超过90°，且功率呈负数。相比之下，CT6904A的功率因数角未超过90°，测量表现稳定。这主要源于高频环境下的相位特性差异。
正弦波100 kHz时的损耗（CH1：CT6904A、CH2：CT6872）
正弦波400 kHz时的损耗（CH1：CT6904A、CH2：CT6872）
CT6872在振幅带宽方面优于CT6904A，而CT6904A的相位特性更佳。由此可见，电抗器损耗测量中，采用包含相位特性的最优组合条件进行测量，是实现高精度的关键。
CT6904A与CT6872的相位特性比较
尤其是在交错式功率因数校正等实际电路测量中，由于叠加了包含开关频率在内的各类高频分量，测量仪器相位特性等性能差异对损耗值的影响会被放大。
此外，根据测量对象的电流值，可选用具有与CT6904A相同特性的直连型PW9100A。
使用设备列表
PW8001 | ×1 | 功率分析仪 | |
U7005 | ×2 | 输入单元 | 15 MS/s、18 bit、～5 MHz |
CT6904A | ×1 | 电流传感器（CH1） | 振幅：DC～4 MHz |
CT6872 | ×1 | 电流传感器（CH2） | 振幅：DC～10 MHz |
DUT
信号发生器 | ×1 | 低频电路�？� |
放大器 | ×1 | 噪声滤波单元 |
电抗器 | ×1 | — |
总结
准确测量并掌握电抗器损耗，对于设计优化、效率提升以及电源高性能化具有不可或缺的作用。尤其是电抗器存在电平依赖性，因此需要采用功率分析仪在实际运行条件下开展测试。
此外，鉴于此类测量涉及的功率通常表现为高频且低功率因数，测量仪器的相位特性对结果精度具有重要影响。为实现包含相位误差的准确测量，合理选择功率分析仪和电流传感器至关重要。
详细产品信息请访问本网站。 关于特定应用的演示及咨询，请通过联系表单与我公司联系。
相关资料
? 测量误差超过10%�。縎iC/GaN逆变器效率测定时电流传感器选择的关键
? 高频反应器的损耗测量
? 利用高精度宽带功率分析仪和电流传感器对低损耗电感器的实际工作损耗进行测量
? xEV用电源的电感和变压器损耗测量
? 高效电机驱动效率评估时相位补偿的有效性
