一种高频变压器寄生参数的测量装置的制作方法

本发明涉及电磁发射特性技术领域，尤其涉及一种高频变压器寄生参数的测量装置。

背景技术：

高频变压器是开关电源中寄生参数最多、对电磁发射模型影响最大的元器件之一，是开关电源的电磁发射特性建模与预测的重点研究对象。

随着工作频率的提高，与变压器的结构、尺寸密切相关的漏感和寄生电容会对高频变压器的运行产生显著影响，因此，寄生参数的测量已经成为高频变压器研究的关键问题。

目前，关于高频变压器的寄生参数的测量，一般是先利用矢量网络分析仪测量s参数的幅度和相位，然后利用矢量拟合进行电路结构建模，从而计算得出高频变压器的寄生参数。现有的高频变压器的寄生参数的测量，需要借助矢量网络分析仪这种精密仪器对高频变压器进行扫频测量，属于频域测量方式，不仅测量次数较多，而且对于测量装置和实际操作都有很高的要求，此外，测量结果的精度高度依赖于矢量拟合，这样会导致测量结果的精度较低。

技术实现要素：

本发明的目的旨在克服现有技术的不足，提供一种高频变压器寄生参数的测量装置，用以简化寄生参数的测量过程，提高寄生参数的测量精度。

根据本发明的一方面，提供了一种高频变压器寄生参数的测量装置，其特征在于，包括：电源模块、信号发生模块、信号获取模块、信号分析模块以及信号调节模块；其中，

所述电源模块分别与所述信号发生模块、所述信号获取模块和所述信号分析模块电性连接，用于向所述信号发生模块、所述信号获取模块和所述信号分析模块提供电源；

所述信号发生模块通过信号调节模块与待测高频变压器电性连接，用于向所述待测高频变压器发送方波信号；

所述信号获取模块通过信号调节模块与所述待测高频变压器电性连接，所述信号获取模块与所述信号分析模块电性连接，用于接收所述待测高频变压器响应的模拟信号，将所述模拟信号转换成数字信号后发送给所述信号分析模块；

所述信号调节模块，用于调节所述待测高频变压器输出给所述信号获取模块的模拟信号；

所述信号分析模块，用于接收所述信号获取模块发送的所述数字信号，根据所述数字信号分析得出所述待测高频变压器的寄生参数。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述测量装置中，所述信号调节模块，具体包括：基板、位于所述基板上的覆铜层、与所述覆铜层分别电性连接的第一端口和第二端口、与所述覆铜层相互绝缘的第三端口和第四端口、第一连接器、第二连接器以及可变电阻；其中，

所述可变电阻连接于所述第三端口与所述第一连接器之间，所述第一连接器与所述信号发生模块电性连接；

所述第四端口通过所述第二连接器与所述信号获取模块电性连接；

所述第一端口、所述第二端口、所述第三端口和所述第四端口分别与所述待测高频变压器的端口电性连接。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述测量装置中，所述信号发生模块，具体包括：信号发生器；

所述信号发生器与所述第一连接器电性连接。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述测量装置中，所述信号获取模块，具体包括：示波器；

所述示波器的输入端与所述第二连接器电性连接，所述示波器的输出端与所述信号分析模块电性连接。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述测量装置中，所述信号分析模块，具体包括：处理器；

所述处理器与所述示波器的输出端电性连接。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述测量装置中，所述电源模块，具体包括：电源转换器；

所述电源转换器分别与所述信号发生器、所述示波器和所述处理器电性连接。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述测量装置中，还包括：显示模块；

所述显示模块与所述信号发生模块电性连接，用于显示并设置所述信号发生模块发送的所述方波信号的控制参数。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述测量装置中，所述显示模块与所述信号获取模块电性连接，用于接收并显示所述信号获取模块接收的所述模拟信号，显示并设置所述模拟信号的控制参数。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述测量装置中，所述显示模块与所述信号分析模块电性连接，用于接收并显示所述信号分析模块分析出的所述待测高频变压器的寄生参数。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述测量装置中，还包括：信号存储模块；

所述信号存储模块与所述信号分析模块电性连接，用于接收并存储所述信号分析模块分析出的所述待测高频变压器的寄生参数。

本发明实施例提供的上述测量装置，包括：电源模块、信号发生模块、信号获取模块、信号分析模块以及信号调节模块；信号发生模块向待测高频变压器发送方波信号，信号获取模块接收待测高频变压器响应的模拟信号，将模拟信号转换成数字信号后发送给信号分析模块，信号调节模块调节待测高频变压器输出给信号获取模块的模拟信号，信号分析模块根据接收的数字信号分析得出待测高频变压器的寄生参数；信号发生模块向待测高频变压器发送的激励信号为方波信号，无需对待测高频变压器进行扫频测量，属于时域测量，因此，测量次数大大减少，降低了对于测量装置和实际操作的要求，并且，通过信号调节模块调节待测高频变压器输出给信号获取模块的模拟信号，使得信号分析模块可以接收的不同的数字信号并根据不同的数字信号分析得出待测高频变压器的寄生参数，该分析过程并无矢量拟合，与现有的测量结果依赖于矢量拟合的测量方式相比，大大提高了测量结果的精度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的测量装置的结构示意图之一；

图2为本发明实施例提供的测量装置中信号调节模块的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的测量装置的具体结构示意图之一；

图4为本发明实施例提供的测量装置的具体结构示意图之二；

图5为本发明实施例提供的测量装置的具体结构示意图之三；

图6为本发明实施例提供的测量装置的结构示意图之二；

图7为本发明实施例提供的测量装置中显示模块所显示的界面图；

图8本发明实施例提供的测量装置的结构示意图之三；

图9为本发明实施例提供的测量装置的具体结构示意图之四。

具体实施方式

下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请的实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是作为例示，并非用于限制本申请。

本发明实施例提供的一种高频变压器寄生参数的测量装置，如图1所示，包括：电源模块1、信号发生模块2、信号获取模块3、信号分析模块4以及信号调节模块5；其中，

电源模块1分别与信号发生模块2、信号获取模块3和信号分析模块4电性连接，用于向信号发生模块2、信号获取模块3和信号分析模块4提供电源；

信号发生模块2通过信号调节模块5与待测高频变压器6电性连接，用于向待测高频变压器6发送方波信号；

信号获取模块3通过信号调节模块5与待测高频变压器6电性连接，信号获取模块3与信号分析模块4电性连接，用于接收待测高频变压器6响应的模拟信号，将模拟信号转换成数字信号后发送给信号分析模块4；

信号调节模块5，用于调节待测高频变压器6输出给信号获取模块3的模拟信号；如图1所示，信号调节模块5分别与信号发生模块2、信号获取模块3和待测高频变压器6电性连接，信号调节模块5将待测高频变压器6分别与信号发生模块2和信号获取模块3电性连接；

信号分析模块4，用于接收信号获取模块3发送的数字信号，根据数字信号分析得出待测高频变压器6的寄生参数。

本发明实施例提供的上述测量装置，包括：电源模块、信号发生模块、信号获取模块、信号分析模块以及信号调节模块；信号发生模块向待测高频变压器发送方波信号，信号获取模块接收待测高频变压器响应的模拟信号，将模拟信号转换成数字信号后发送给信号分析模块，信号调节模块调节待测高频变压器输出给信号获取模块的模拟信号，信号分析模块根据接收的数字信号分析得出待测高频变压器的寄生参数；信号发生模块向待测高频变压器发送的激励信号为方波信号，无需对待测高频变压器进行扫频测量，属于时域测量，因此，测量次数大大减少，降低了对于测量装置和实际操作的要求，并且，通过信号调节模块调节待测高频变压器输出给信号获取模块的模拟信号，使得信号分析模块可以接收的不同的数字信号并根据不同的数字信号分析得出待测高频变压器的寄生参数，该分析过程并无矢量拟合，与现有的测量结果依赖于矢量拟合的测量方式相比，大大提高了测量结果的精度。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述测量装置中，信号调节模块，如图2和图3所示，具体可以包括：基板50、位于基板50上的覆铜层51、与覆铜层51分别电性连接的第一端口52和第二端口53、与覆铜层51相互绝缘的第三端口54和第四端口55、第一连接器56、第二连接器57以及可变电阻58；其中，可变电阻58连接于第三端口54与第一连接器56之间，如图3所示，第一连接器56与信号发生模块2电性连接；第四端口55通过第二连接器57与信号获取模块3电性连接；第一端口52、第二端口53、第三端口54和第四端口55分别与待测高频变压器6的端口电性连接。

具体地，在本发明实施例提供的上述测量装置中，如图2和图3所示，第三端口54与可变电阻58之间、可变电阻58与第一连接器56之间以及第四端口55与第二连接器57之间可以通过微带线59实现电性连接，微带线59与覆铜层51之间的阻值可以设计为50ω，当然，第三端口54与可变电阻58之间、可变电阻58与第一连接器56之间以及第四端口55与第二连接器57之间的连接方式并非局限于此，也可以采用能够实现连接的其他方式，在此不做限定。

具体地，在本发明实施例提供的上述测量装置中，第一连接器和第二连接器可以采用阻值为50ω的sma(subminiaturea)标准连接器，当然，也可以采用其他能够实现连接作用的器件，在此不做限定。具体地，可变电阻可以通过在0805封装元器件槽中插入不同阻值的0805封装形式电阻来实现，或者，也可以通过滑动变阻器来实现，或者，还可以通过能够实现阻值可变的其他形式来实现，在此不做限定。

具体地，在本发明实施例提供的上述测量装置中，基板的材料具体可以采用覆铜环氧玻纤布基板，如图2所示，基板50的长度l可以设计为10.5cm，基板50的宽度w可以设计为2.5cm，基板50的厚度可以设计为0.8mm，覆铜层51的厚度可以设计为0.018mm至0.105mm的范围，第三端口54与第四端口55(或第一端口52与第二端口53)之间的距离a可以设计为1.3cm，第二端口53与第四端口55(或第一端口52与第三端口54)之间的距离b可以设计为1.2cm，第三端口54与第四端口55到基板50上边缘的距离c可以设计为0.8cm，第一端口52与第三端口54到基板50左边缘的距离d可以设计为4.5cm。当然，基板和覆铜层的尺寸并非局限于此，可以根据实际情况对基板和覆铜层的尺寸进行调整，在此不做限定。

具体地，在本发明实施例提供的上述测量装置中，如图2所示，第一端口52、第二端口53、第三端口54和第四端口55的形状具体可以为直径为2mm的圆形孔。当然，四个端口的形状并非仅局限于圆形孔，还可以为能够实现连接作用的其他形状，并且，四个端口的尺寸也并非局限于此，在此不做限定。

较佳地，在本发明实施例提供的上述测量装置中，在第一端口、第二端口、第三端口和第四端口接入待测高频变压器之前，可以在第一端口、第二端口、第三端口和第四端口接入校准件，这样，利用校准件对信号调节模块进行校准，可以得到信号调节模块的寄生电阻和寄生电容，该校准数据可以后续用于信号分析模块的分析过程中，使得分析结果更加准确，从而可以进一步地提高寄生参数的测量精度。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述测量装置中，信号发生模块，如图4所示，具体可以包括：信号发生器20；信号发生器20与第一连接器56电性连接。具体地，信号发生器20可以依次通过第一连接器56、可变电阻58、第三端口54实现与待测高频变阻器6的连接，从而可以实现信号发生器20向待测高频变阻器6发送方波信号。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述测量装置中，信号获取模块，如图4所示，具体可以包括：示波器30；示波器30的输入端30a与第二连接器57电性连接，示波器30的输出端30b与信号分析模块4电性连接。具体地，示波器30可以依次通过第二连接器57、第四端口55实现与待测高频变阻器6的连接，从而可以实现示波器30接收待测高频变阻器6响应的模拟信号，并且，示波器30还可以将接收的模拟信号转换成数字信号后发送给信号分析模块4。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述测量装置中，信号分析模块，如图5所示，具体可以包括：处理器40；处理器40与示波器30的输出端30b电性连接，从而可以实现示波器30将转换成的数字信号发送给处理器40，处理器40根据接收的数字信号分析得出待测高频变压器6的寄生参数。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述测量装置中，电源模块，如图5所示，具体可以包括：电源转换器10；电源转换器10分别与信号发生器20、示波器30和处理器40电性连接。具体地，电源转换器10可以将220v交流电转换为12v直流电，从而为信号发生器20、示波器30和处理器40供电。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述测量装置中，如图6所示，还可以包括：显示模块7；显示模块7可以与信号发生模块2电性连接，用于显示并设置信号发生模块2发送的方波信号的控制参数。具体地，信号发生模块向待测高频变压器发送的方波信号的周期、幅度、占空比、上升沿和下降沿这些参数都可以在显示模块显示出来，并且，这些参数都是可以调节的，通过在显示模块中设置不同的周期、幅度、占空比、上升沿和下降沿，可以使待测高频变压器响应不同的模拟信号。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述测量装置中，如图6所示，显示模块7可以与信号获取模块3电性连接，用于接收并显示信号获取模块3接收的模拟信号，显示并设置模拟信号的控制参数。具体地，信号获取模块接收的模拟信号可以发送给显示模块，并在显示模块显示出来，并且，显示模块还可以显示模拟信号的控制参数，例如，横轴、纵轴、时间、幅度和触发，通过设置这些控制参数可以使显示模块显示脉冲波形或阻尼振荡波形，信号分析模块利用脉冲波形或阻尼振荡波形可以分析得出待测高频变压器的寄生参数，通过调整上述控制参数还可以得到寄生参数的最优值。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述测量装置中，如图6所示，显示模块7可以与信号分析模块4电性连接，用于接收并显示信号分析模块4分析出的待测高频变压器6的寄生参数。具体地，信号分析模块分析出的待测高频变压器的寄生参数可以发送给显示模块，并在显示模块显示出来，方便测试者查看。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述测量装置中，如图6所示，显示模块7还可以与电源模块1电性连接，电源模块1可以将220v交流电转换为12v直流电，从而为显示模块7供电。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述测量装置中，显示模块，具体可以包括：显示屏。具体地，显示屏所显示的界面中，如图7所示，可以包括主界面标题栏71、主工具栏72、工程显示栏73、进度显示栏74、激励设置75、波形设置76、波形分析77以及分析结果78；其中，主界面标题栏71显示“高频变压器寄生参数分析”；主工具栏72包括工程720、保存721、显示722、编辑723、帮助724和设置725等按钮；工程显示栏73包括校准设置、激励设置、波形设置、波形分析和分析结果等按钮，点击激励设置按钮可以在激励设置75中对方波信号的各参数进行设置，点击波形设置按钮可以在波形设置76中对信号获取模块接收的模拟信号的各参数进行设置，波形分析按钮与波形分析77相对应，分析结果按钮与分析结果78相对应，点击校准设置按钮可以重新弹出对话框，该对话框可以包括开始、完成和保存按钮，点击开始按钮即可启动校准，待校准完成后，点击完成按钮即可结束校准，点击保存按钮即可保存校准数据，保存的校准数据(包括信号调节模块的寄生电阻和寄生电容)可以后续用于信号分析模块的分析中，可以进一步地提高寄生参数的测量精度；进度显示栏74包括激励设置、波形设置、波形分析和分析结果等按钮，用来显示寄生参数的测量进度；激励设置75可以用来设置信号发生器发送给高频变压器的方波信号的周期、幅度、占空比、上升沿和下降沿，波形设置76可以用来设置信号获取模块接收的模拟信号的横轴、纵轴、时间、幅度和触发，设置后的波形可以在波形分析77中显示出来，显示的波形为脉冲波形或阻尼振荡波形(图7以显示阻尼振荡波形为例)，分析过程中得到的中间参数(例如时间常数、衰减因子和振荡频率)可以在波形分析77中波形下方的分析结果中显示出来，最终的分析结果即高频变压器的寄生参数会在分析结果78中显示出来。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述测量装置中，如图8所示，还可以包括：信号存储模块8；信号存储模块8与信号分析模块4电性连接，用于接收并存储信号分析模块4分析出的待测高频变压器6的寄生参数。通过调整显示屏中波形设置的各参数，可以得到不同的分析结果，信号存储模块将这些分析结果一一保存，可以方便测试者从中查找最优结果。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述测量装置中，如图8所示，信号存储模块8还可以与电源模块1电性连接，电源模块1可以将220v交流电转换为12v直流电，从而为信号存储模块8供电。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述测量装置中，信号存储模块，具体可以包括：存储器；当然，并非局限于此，还可以为具有存储功能的其他器件，在此不做限定。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述测量装置中，可以将电源转换器、信号发生器、示波器、处理器、存储器和显示屏整合为一主机，从而可以实现测量装置的简单化，整合后的测量装置可以以图9为例，图9所示的主机中仅示出显示屏70，电源转换器、信号发生器、示波器、处理器和存储器均未示出，具体地，主机的长度l可以设计为48.26cm，宽度w可以设计为45.2cm，高度h可以设计为17.7cm，当然，主机的尺寸并非局限于此，可以根据实际情况对主机的尺寸进行调整，在此不做限定。

较佳地，在本发明实施例提供的上述测量装置中，如图9所示，还可以在测量装置的外表面(例如显示屏所在平面)设置多个usb(通用串行总线)接口90，具有数据传输功能，方便鼠标、键盘的接入，或者，也可以设置满足ps/2通讯协议和结构的接口91，也可以连接鼠标、键盘；并且，还可以在测量装置的外表面(例如显示屏所在平面)设置用于连接信号调节模块中第一连接器56的第三连接器92和用于连接信号调节模块中第二连接器57的第四连接器93，第三连接器92和第四连接器93具体可以为n型母口视频连接器，第三连接器92与信号发生器电性连接，具有方波激励源信号输出功能，第四连接器93与示波器电性连接，具有射频信号输入功能，第一连接器56与第三连接器92之间以及第二连接器57与第四连接器93之间可以通过专用线缆94进行连接；此外，还可以在测量装置的外表面(例如显示屏所在平面)设置开关按钮95，具有启动和关闭测量装置的功能；进一步地，为了方便测试者移动测量装置，还可以在测量装置的外表面(例如显示屏所在平面)设置两个提手96。

下面通过一个具体的实例对本发明实施例提供的上述测量装置的测量过程进行详细说明。以图9所示的测量装置为例，电源模块、信号发生模块、信号获取模块、信号分析模块、信号存储模块和显示模块被整合为一主机。本发明实施例提供的上述测量装置的测量过程如下：

1、利用专用线缆94连接主机的第三连接器92和信号调节模块的第一连接器56以及连接主机的第四连接器93和信号调节模块的第二连接器57，将校准件插入信号调节模块的第一端口52、第二端口53、第三端口54和第四端口55中，进行校准；

2、将校准件从第一端口52、第二端口53、第三端口54和第四端口55中拔出，将待测高频变压器插入第一端口52、第二端口53、第三端口54和第四端口55中；

3、在信号调节模块的0805封装元器件槽中接入阻值为5.1ω的0805封装形式电阻作为可变电阻58；

4、在主机的激励设置75中设置方波信号的参数为峰峰值0.2v、偏置0v、频率300hz、占空比80％、上升沿/下降沿6.51μs；其中，峰峰值和偏置代表幅度；

5、在主机的波形设置76中设置波形，设置后的波形在波形分析77中显示出来，显示的是脉冲波形，得到分析结果，时间常数τ1＝3.22×10^-4；

6、在信号调节模块的0805封装元器件槽中接入阻值为20ω的0805封装形式电阻作为可变电阻58；

7、重复步骤4和5，即激励设置75中的参数设置不变，在波形设置76中设置波形后在波形分析77中显示出来，显示的是脉冲波形，得到分析结果，时间常数τ2＝2.54×10^-4，在分析结果78中显示分析结果，rp＝rs＝0.55ω,lm＝17.94mh，其中，rp为一次侧绕组的寄生电阻，rs为二次侧绕组的寄生电阻，lm为一次侧绕组的励磁电感；

8、在信号调节模块的0805封装元器件槽中接入阻值为0ω的0805封装形式电阻作为可变电阻58；

9、在主机的激励设置75中设置方波信号的参数为峰峰值5v、偏置0v、频率50khz、占空比50％、上升沿/下降沿39ns；其中，峰峰值和偏置代表幅度；

10、在主机的波形设置76中设置波形，设置后的波形在波形分析77中显示出来，显示的是阻尼振荡波形，得到分析结果，α1＝6.1×10⁵，α2＝9.82×10⁶，ω1＝4.07×10⁷，ω2＝1.2×10⁸，其中，α1和α2为衰减因子，ω1和ω2为振荡频率，在分析结果78中显示分析结果，lp＝0.62μh，ls＝82.25μh，cp＝cs＝21.3pf，cps＝9.31pf，其中，lp为一次侧绕组的互感，ls为二次侧绕组的漏感，cp为一次侧绕组的寄生电容，cs为二次侧绕组的寄生电容，cps为一次侧绕组与二次侧绕组之间的寄生电容。

本发明实施例提供的上述测量装置，包括：电源模块、信号发生模块、信号获取模块、信号分析模块以及信号调节模块；信号发生模块向待测高频变压器发送方波信号，信号获取模块接收待测高频变压器响应的模拟信号，将模拟信号转换成数字信号后发送给信号分析模块，信号调节模块调节待测高频变压器输出给信号获取模块的模拟信号，信号分析模块根据接收的数字信号分析得出待测高频变压器的寄生参数；信号发生模块向待测高频变压器发送的激励信号为方波信号，无需对待测高频变压器进行扫频测量，因此，测量次数大大减少，降低了对于测量装置和实际操作的要求，并且，通过信号调节模块调节待测高频变压器输出给信号获取模块的模拟信号，使得信号分析模块可以接收的不同的数字信号并根据不同的数字信号分析得出待测高频变压器的寄生参数，该分析过程并无矢量拟合，与现有的测量结果依赖于矢量拟合的测量方式相比，大大提高了测量结果的精度。

对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请创造构思的前提下，还可以对本发明的实施例做出若干变型和改进，这些都属于本申请的保护范围。