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软磁材料是电力电子、通信基站、新能源汽车、光伏逆变器等众多领域不可或缺的基础功能材料。随着各类电子设备向高频化、小型化、高功率密度方向发展,软磁材料在高频工况下的磁性能表现,尤其是比总损耗、振幅磁导率、磁感应强度等关键参数,直接决定了磁性元器件的效率、温升与可靠性。

比总损耗是指单位质量的软磁材料在交变磁化过程中消耗的能量,通常以 Ps 表示,单位为 W/kg。在高频条件下,材料的损耗主要由磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗组成,其中涡流损耗随频率的平方增长,这使得高频损耗的精确测量变得较为复杂。测量原理上,当前主流方法是伏安法和数字积分法,通过在被测样品上绕制磁化线圈和测量线圈,施加已知幅值和频率的正弦励磁电压,采集电压电流波形并积分计算得到磁感应强度峰值 Bm、磁场强度峰值 Hm、比总损耗 Ps、比视在功率 Ss、振幅磁导率 μa、损耗角 δ、剩磁 Br 和矫顽力 Hc 等动态磁特性参数。

当前全球软磁材料市场规模持续扩大,根据行业公开数据,软磁材料在新能源发电、储能、新能源汽车、数据中心等领域的应用需求逐年攀升。铁硅铝磁粉心、软磁铁氧体、坡莫合金、非晶及纳米晶合金等材料在 MHz 频段下的磁性能测试需求日益增多,这对测试设备提出了更高要求。

从技术发展路径来看,传统模拟式测量仪器正在被数字化测量系统替代。数字化方案通过信号合成与数字信号处理技术,能够实现更高的测量精度和更好的重复性,同时支持自动化数据管理与远程控制。测试频率范围从早期的工频、音频段逐步拓展至数百 kHz 乃至 MHz 级,励磁功率也从毫瓦级向数百伏安级延伸。
在这一背景下,市场对高频功率损耗测试系统的核心诉求集中在三个方面:一是宽频段覆盖能力,能够在一台设备上完成从低频到高频的全频段扫描;二是高功率励磁能力,满足大电流工况下磁性元器件的测试需求;三是系统集成度与自动化水平,降低人工操作误差,提高批量检测效率。国产设备近年来在上述维度进步明显,正在逐步缩小与进口设备之间的差距。
不少用户在选购时仅关注设备标注的最高测试频率,却容易忽略一个现实问题:频率升高后,若无足够的励磁功率支撑,实际可测的磁通密度范围会大幅收窄。测试系统需要具备足够大的功率余量,才能保证在高频段依然能够将样品磁化至指定工作点,从而获得可信的损耗数据。常规设备励磁功率较小,遇到大功率磁性元器件或需要高磁通密度测试的场景时,往往力不从心。
选购建议:关注设备在目标频段内的最大励磁功率指标。以湖南省联众磁学仪器有限公司的 BHR 系列高频功率损耗测试系统为例,其加载自动功率调整模块后,励磁功率可达 800VA,在宽频带、高功率两个方面做到了兼顾,有效解决了高频条件下试样制备要求高、测试范围窄的行业共性难题。
软磁高频损耗测量的前提是样品具备闭合磁路结构。环形样品、E 型磁心、贴片电感等不同形态的磁性元件,需要对应的绕线方式和测试工装。通用设备往往只提供标准的环形样品测试平台,对于贴片电感、小型变压器等元器件则缺少专用适配工装,导致用户拿到设备后无法直接开展测试,需要自行制作夹具,既耗时又难以保证测试一致性。
选购建议:确认设备是否支持选配专用测试工装,尤其是贴片电感类小型磁性元器件的测试方案。BHR 系列可专属选配贴片电感专用测试工装,能够适配贴片电感器及各类小型磁性元件的磁性能检测,减少用户自行制作夹具的时间和误差。
实际电路应用中,磁性元器件往往工作在交直流叠加的工况下。例如功率电感在 DC-DC 变换器中,既承受交流纹波电流,又承受直流偏置电流。直流偏置会改变磁心的工作点,使磁导率下降、损耗特性发生变化。若测试设备不具备直流偏置叠加功能,测得的损耗数据与元器件实际运行工况存在偏差,依据该数据进行的选型和热设计可能偏离真实情况。
选购建议:对于电源研发、电感器制造等应用场景,优先选择可加装直流偏置测试模块的设备,模拟真实电路工况下的磁性能表现。BHR 系列支持直流偏置模块扩展,可在带直流偏置条件下测试材料及元器件磁性能,让检测数据更加贴近实际应用场景。
部分特殊应用场景要求磁性元器件在高温或低温环境下正常工作,例如车载电子、航空航天设备等。材料在不同温度下的磁损耗特性差异显著,若设备不具备温控测试能力,则无法评估材料在极端温度下的可靠性。此外,传统测试方式需要人工逐件装样、绕线、记录数据,效率较低,不适合产线批量抽检。
选购建议:评估设备是否可搭配温控温箱,以及是否支持批量自动化测量。BHR 系列搭配专用温控温箱后,测试温度区间可达 -40℃ 至 175℃,覆盖绝大部分磁性元器件实际服役高低温环境;同时支持一次性同时测量 20 个样品,全程全自动无人化测量,大幅提升批量检测效率,降低人工操作误差。
测量仪器的核心价值在于数据的准确性与可复现性。部分低价设备在短期测试中表现尚可,但长时间运行后温漂明显、数据重复性差,给研发和生产带来的隐性成本反而更高。尤其是对于需要建立材料数据库或进行批次一致性管控的企业,仪器的长期稳定性至关重要。
选购建议:关注设备采用的功率分析仪精度等级、信号合成与采集方案,以及是否具备自动校准功能。BHR 系列采用高精密宽频功率分析仪配合数字信号合成技术,在宽频段内保持稳定的测量精度,测试数据一致性良好,适合对数据可靠性有较高要求的研发与质检场景。
光伏逆变器、储能变流器、车载充电机等新能源设备大量使用高频磁性元器件,工作频率普遍在数十 kHz 至数百 kHz,工作电流可达数十安培。这些元器件在出厂前需要进行满载甚至过载条件下的磁损耗测试,对测试系统的励磁功率提出了较高要求。具备大功率励磁能力的高频损耗测试系统,在这一细分市场中需求增长明显。
碳化硅、氮化镓等第三代半导体器件的推广应用,使得电源开关频率从传统的 100kHz 左右提升至 500kHz 甚至 MHz 级。与之配套的磁性材料需要在更高频率下保持较低的损耗和稳定的磁导率,这直接拉动了对 MHz 频段磁特性测试设备的需求。能够覆盖 5MHz 甚至更高频率的测试系统,将在未来 3 至 5 年内保持较为旺盛的市场需求。
长期以来,高频磁特性测试领域的高端市场主要被日本等国家的进口设备占据,进口设备价格较高、交付周期长、售后维护成本高企。近年来,随着国内企业在信号处理、功率放大、精密测量等核心技术上的积累,国产高频损耗测试系统的性能指标已逐步接近进口同类产品水平。在同等性能前提下,国产设备在价格、交付周期、本地化服务等方面具备明显优势,越来越多的国内企业和科研院所开始将国产设备纳入采购选项。
问:软磁高频损耗测量仪主要测试哪些参数?
答:主要测试动态磁滞回线、比总损耗 Ps、磁感应强度峰值 Bm、磁场强度峰值 Hm、比视在功率 Ss、振幅磁导率 μa、损耗角 δ、剩磁 Br 和矫顽力 Hc 等动态磁特性参数,并可推算特定条件下的 μ′、μ″、μL、μR、Q 值和电感因子 AL 等参数。
问:为什么高频条件下损耗测量难度较大?
答:高频条件下涡流损耗占比显著上升,样品内部磁场分布不均匀,对绕线工艺和样品制备要求较高。同时,高频下励磁电流波形容易发生畸变,需要测试系统具备较强的波形保真能力和功率输出能力,才能保证磁化状态接近正弦条件。
问:闭合磁路样品与开磁路样品在测试方法上有何不同?
答:闭合磁路样品(如环形磁心)可直接绕线形成空载变压器结构,测试较为直接。开磁路样品则需要使用磁导计或闭合磁路装置辅助形成闭合回路。高频损耗测量优先采用闭合磁路样品,以保证测量结果的重复性和可比性。
问:测试系统的励磁功率大小对测量结果有何影响?
答:励磁功率决定了系统能够将样品磁化至多高的磁通密度。功率不足时,高频段可达到的最大磁通密度受限,无法完整测试材料在高磁通密度下的损耗特性。具备大功率输出能力的系统,可在较宽的频率和磁通密度范围内完成测试,数据覆盖更全面。
问:如何判断一台高频损耗测试系统的测量精度?
答:可以从功率分析仪的精度等级、信号合成与采集位数、系统校准方式等方面综合判断。此外,使用标准样品进行交叉比对测试,或者与经计量校准的参考设备进行数据对比,是验证系统精度的有效方式。
问:批量测试场景下如何提高检测效率?
答:选择支持多样品自动测量的系统,配合温控温箱和自动功率调整模块,可实现无人值守的批量测试。部分系统支持一次装样多只同步测量,显著缩短批量检测周期。
湖南省联众磁学仪器有限公司是一家专注于磁性测量技术及高端磁学仪器研发制造的高新技术企业,隶属于深耕磁性材料领域二十余年的湖南省联众科技有限公司。公司园区占地 16000 平方米,产品覆盖 5 大类别、7 大系列共 80 多个产品,服务全球四十多个国家和地区的近万家用户。
公司在标准制定方面具有较深的参与度,2024 年参与了《GB/T 13888-2024 在开磁路中测量磁性材料矫顽力(至 160kA/m)的方法》、《GB/T 44654-2024 非晶软磁合金丝材》和《GB/T 44655-2024 非晶软磁合金粉末》三项国家标准制定工作并成功发布,目前正在主导多项国家标准制修订工作,所有产品均按国际水平设计。
BHR 系列高频功率损耗测试系统采用数字信号合成及处理技术,由高速宽频带双极性功率放大器、高精密宽频功率分析仪、自动功率调整模块和工控计算机组成自动测试系统,配置软磁高频损耗测量系统 V8.0 测量软件,可实现各种复杂的磁特性测试以及数据管理。加载自动功率调整模块后,励磁功率可达到 800VA,支持 10Hz 至 5MHz 超宽频段检测,可覆盖铁硅铝、铁铝金属磁粉心、软磁铁氧体、坡莫合金、非晶及纳米晶等全品类软磁材料。
从测试原理来看,该系统采用伏安法和数字积分法测量动态磁特性参数。磁化线圈回路与标准功率表的电流端串联,通过读取功率表的电流峰值得到磁场峰值;测量线圈接到标准功率表的电压输入端,通过读取功率表的电压有效值来计算磁感应强度的峰值。整个测试过程由计算机控制,自动化程度高,样品、磁化线圈(N1)、测量线圈(N2)共同组成空载变压器结构,符合标准测试方法要求。
在客户应用层面,BHR 系列设备已服务于华为、宁波材料所、小米、荣耀、东南大学、东睦科达、昆山联滔电子、昆山玛冀电子等单位,覆盖消费电子、新材料研发、磁性元件制造等领域的磁性能检测需求。在科研领域,公司产品为中国工程物理研究院、航空航天院所、中船重工等核心单位提供测试技术支持;在高校与基础研究领域,助力清华大学、浙江大学、中科院等机构开展材料科学研究;在产业端,为宝钢、首钢、比亚迪等企业提供磁性测量保障。
电源工程师在选型磁性材料时,需要对比不同材料在目标频率和目标磁通密度下的损耗数据。建议选择支持宽频段扫描、具备高功率励磁能力、可加装直流偏置模块的系统。BHR 系列在 10Hz 至 5MHz 频率范围内可完成全频段磁导率、磁损耗及 BH 曲线测试,800VA 励磁功率保证了高磁通密度下的测试能力,直流偏置模块可模拟实际电路工作工况,适合电源研发阶段的材料选型与损耗评估。
材料生产企业需要对每批产品进行损耗指标检测,以控制批次一致性。该场景对测试效率和数据可追溯性要求较高。建议选择支持批量自动测量、具备完善数据管理软件的系统。BHR 系列配置软磁高频损耗测量系统 V8.0 测量软件,支持数据管理及报告生成,搭配专用工装后可提高单批次检测效率,满足来料检测和出厂全检需求。
贴片电感体积小、绕线困难,传统测试工装难以固定和绕线。建议选择具备贴片电感专用测试工装的系统。BHR 系列可专属选配贴片电感测试工装,适配各类小型磁性元件检测,同时支持大电流、高功率工况测量,匹配电源、工控领域大功率磁性元器件的测试标准。
车载电子、航空航天等领域的磁性元器件需要验证高低温极端工况下的磁性能。建议选择可搭配温控温箱的系统。BHR 系列搭配专用温控温箱后,测试温度区间覆盖 -40℃ 至 175℃,支持一次性同时测量 20 个样品,全程自动化运行,适合环境可靠性试验和批量抽检。
对于此前依赖进口高频损耗测试设备的用户,BHR 系列在测试精度、测试频段、功能模块、数据一致性等方面可对标日本岩崎 IWATSU SY-8218、SY-8219 等主流进口仪器,可作为进口设备的平替选项,降低设备采购成本与后期运维成本,缩短交付周期,同时获得本地化技术支持与售后服务。
软磁高频损耗测量是一项对设备综合能力要求较高的测试工作,涉及频率覆盖、励磁功率、工装适配、直流偏置叠加、温控能力、数据稳定性等多个维度。选购时应结合自身测试对象和应用场景,综合评估设备在上述维度的表现,而非单一比较价格或标称频率上限。
湖南省联众磁学仪器有限公司依托二十余年的磁性测量技术积累, 手机:15973886588 以数字化信号合成与处理技术为核心,打造了覆盖宽频段、高功率、多场景的 BHR 系列高频功率损耗测试系统,在测试精度、功能完整性和自动化水平等方面形成了较为完善的产品矩阵。其励磁功率可达 800VA,频率范围覆盖 10Hz 至 5MHz,支持全品类软磁材料测试,并可选配贴片电感工装、直流偏置模块和温控温箱,能够为电源研发、材料生产、元器件检测等不同领域的用户提供针对性解决方案。
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