针对集成电路电流不失真的磁芯损耗确定方法及装置

摘要

一种针对集成电路电流不失真的磁芯损耗确定方法及装置，可包括：向用于集成电路电源系统的电感元件的磁芯中施加具有周期性变化的电流。在电流的作用下，采集磁芯的磁滞回线的多个特征点，其中磁滞回线表示作用于磁芯的磁场强度和磁芯产生的磁感应强度的变化关系。根据多个特征点，确定用于拟合磁滞回线的S曲线的参数，以获得磁滞回线的方程。根据磁滞回线的方程，并基于磁芯损耗的定义，对所述磁滞回线进行积分，以确定磁芯的平均功率损耗。

权利要求

1.一种针对集成电路电流不失真的磁芯损耗确定方法，其特征在于，包括：向用于集成电路电源系统的电感元件的磁芯中施加具有周期性变化的电流；

在所述电流的作用下，采集所述磁芯的磁滞回线的多个特征点，其中所述磁滞回线表示作用于所述磁芯的磁场强度和磁芯产生的磁感应强度的变化关系，包括：在所述电流的多个周期内，分别依序采集用于初步表征所述磁芯的磁滞回线的第一测量点、第二测量点、第三测量点、第四测量点、第五测量点和第六测量点；以及对多个所述第一测量点、多个所述第二测量点、多个所述第三测量点、多个所述第四测量点、多个所述第五测量点和多个所述第六测量点分别进行求均值处理，以获得用于稳定表征所述磁芯的磁滞回线的第一特征点、第二特征点、第三特征点、第四特征点、第五特征点和第六特征点，所述特征点为由作用于所述磁芯的磁场强度值和所述磁芯产生的磁感应强度值构成的一组具有对应关系的数对；其中，所述特征点包括：由所述磁芯产生的磁感应强度值达到反向饱和时对应的磁场强度值，和所述磁芯的反向磁感应强度饱和值组成的所述第一特征点；由数值零，和磁化过程中所述磁芯的剩余磁感应强度值组成的所述第二特征点；由磁化过程中所述磁芯的材料的矫顽力值，和数值零组成的所述第三特征点；由所述磁芯产生的磁感应强度值达到正向饱和时对应的磁场强度值，和所述磁芯的正向磁感应强度饱和值组成的所述第四特征点；由数值零，和退磁过程中所述磁芯的剩余磁感应强度值组成的所述第五特征点；以及由退磁过程中所述磁芯的材料的矫顽力值，和数值零组成的所述第六特征点；

根据多个所述特征点，确定用于拟合所述磁滞回线的S曲线的参数，以获得所述磁滞回线的方程，包括：根据所述S曲线的在变量趋于无穷大时输出结果向固定值收敛的属性，将所述特征点中所述磁芯产生的磁感应强度达到正向饱和值时对应的磁场强度值定义为正无穷大，以及将所述磁芯产生的磁感应强度达到反向饱和值时对应的磁场强度值定义为负无穷大；将所述第一特征点、所述第二特征点、所述第三特征点和所述第四特征点分别代入S曲线，以确定磁化过程对应的S曲线的参数初始值；采用牛顿迭代法，确定磁化过程对应的所述S曲线的参数的准确值，以确定所述磁芯的磁化曲线方程；将所述第一特征点、所述第六特征点、所述第五特征点和所述第四特征点分别代入所述S曲线，以确定退磁过程对应的S曲线的参数初始值；采用牛顿迭代法，确定退磁过程对应的所述S曲线的参数的准确值，以确定所述磁芯的退磁曲线方程；以及整合所述磁化曲线方程和所述退磁曲线方程，获得所述磁芯的磁滞回线；以及

根据所述磁滞回线的方程，并基于磁芯损耗的定义，对所述磁滞回线进行积分，以确定所述磁芯的平均功率损耗，其中磁芯损耗计算公式为：式中，Hmin为所述电流到最低点时对应的磁场强度，Hmax为所述电流到最高点时对应的磁场强度，B1(H)为当磁场强度H在相应积分区间内变化时退磁曲线对应的磁感应强度，B2(H)为当磁场强度H在相应积分区间内变化时磁化曲线对应的磁感应强度。

2.根据权利要求1所述的针对集成电路电流不失真的磁芯损耗确定方法，其特征在于，牛顿迭代法包括：

分别将所述S曲线的各个参数确定为迭代变量；

根据所述迭代变量，确定牛顿迭代公式，其中所述牛顿迭代公式表示用于根据所述迭代变量的前一个值推导出迭代变量的下一个值的公式；

确定所述迭代变量的目标函数，响应于所述目标函数的模值小于预设阈值的情况，将所述模值对应的所述迭代变量的值作为所述S曲线的参数的准确值；其中，所述目标函数表征利用以所述迭代变量为参数的S曲线获得的所述特征点位置处的计算值与所述特征点位置处的测量值之间差值。

3.一种针对集成电路电流不失真的磁芯损耗确定装置，其特征在于，包括：电流供给模块，用于向用于集成电路电源系统的电感元件的磁芯中施加具有周期性变化的电流；

采集模块，用于在所述电流的作用下，采集所述磁芯的磁滞回线的多个特征点，其中所述磁滞回线表示作用于所述磁芯的磁场强度和磁芯产生的磁感应强度的变化关系，其执行步骤包括：在所述电流的多个周期内，分别依序采集用于初步表征所述磁芯的磁滞回线的第一测量点、第二测量点、第三测量点、第四测量点、第五测量点和第六测量点；以及对多个所述第一测量点、多个所述第二测量点、多个所述第三测量点、多个所述第四测量点、多个所述第五测量点和多个所述第六测量点分别进行求均值处理，以获得用于稳定表征所述磁芯的磁滞回线的第一特征点、第二特征点、第三特征点、第四特征点、第五特征点和第六特征点，所述特征点为由作用于所述磁芯的磁场强度值和所述磁芯产生的磁感应强度值构成的一组具有对应关系的数对；其中，所述特征点包括：由所述磁芯产生的磁感应强度值达到反向饱和时对应的磁场强度值，和所述磁芯的反向磁感应强度饱和值组成的所述第一特征点；由数值零，和磁化过程中所述磁芯的剩余磁感应强度值组成的所述第二特征点；由磁化过程中所述磁芯的材料的矫顽力值，和数值零组成的所述第三特征点；由所述磁芯产生的磁感应强度值达到正向饱和时对应的磁场强度值，和所述磁芯的正向磁感应强度饱和值组成的所述第四特征点；由数值零，和退磁过程中所述磁芯的剩余磁感应强度值组成的所述第五特征点；以及由退磁过程中所述磁芯的材料的矫顽力值，和数值零组成的所述第六特征点；

拟合模块，用于根据多个所述特征点，确定用于拟合所述磁滞回线的S曲线的参数，以获得所述磁滞回线的方程，其执行步骤包括：根据所述S曲线的在变量趋于无穷大时输出结果向固定值收敛的属性，将所述特征点中所述磁芯产生的磁感应强度达到正向饱和值时对应的磁场强度值定义为正无穷大，以及将所述磁芯产生的磁感应强度达到反向饱和值时对应的磁场强度值分别定义为负无穷大；将所述第一特征点、所述第二特征点、所述第三特征点和所述第四特征点分别代入S曲线，以确定磁化过程对应的S曲线的参数初始值；采用牛顿迭代法，确定磁化过程对应的所述S曲线的参数的准确值，以确定所述磁芯的磁化曲线方程；将所述第一特征点、所述第六特征点、所述第五特征点和所述第四特征点分别代入所述S曲线，以确定退磁过程对应的S曲线的参数初始值；采用牛顿迭代法，确定退磁过程对应的所述S曲线的参数的准确值，以确定所述磁芯的退磁曲线方程；以及整合所述磁化曲线方程和所述退磁曲线方程，获得所述磁芯的磁滞回线；以及损耗确定模块，用于根据所述磁滞回线的方程，并基于磁芯损耗的定义，对所述磁滞回线进行积分，以确定所述磁芯的平均功率损耗，其中磁芯损耗计算公式为：式中，Hmin为所述电流到最低点时对应的磁场强度，Hmax为所述电流到最高点时对应的磁场强度，B1(H)为当磁场强度H在相应积分区间内变化时退磁曲线对应的磁感应强度，B2(H)为当磁场强度H在相应积分区间内变化时磁化曲线对应的磁感应强度。

4.根据权利要求3所述的针对集成电路电流不失真的磁芯损耗确定装置，其特征在于，牛顿迭代法包括：

分别将所述S曲线的各个参数确定为迭代变量；

根据所述迭代变量，确定牛顿迭代公式，其中所述牛顿迭代公式表示用于根据所述迭代变量的前一个值推导出迭代变量的下一个值的公式；以及确定所述迭代变量的目标函数，响应于所述目标函数的模值小于预设阈值的情况，将所述模值对应的所述迭代变量的值作为所述S曲线的参数的准确值；其中，所述目标函数表征利用以所述迭代变量为参数的S曲线获得的所述特征点位置处的计算值与所述特征点位置处的测量值之间差值。

说明书

针对集成电路电流不失真的磁芯损耗确定方法及装置

技术领域

[0001] 本申请涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种针对集成电路电流不失真的磁芯损耗确定方法及装置。

背景技术

[0002] 系统级集成电路电源系统电感元件的磁芯损耗具有非线性特征，以致计算过程较为困难，当然也难以获得较为精准的磁芯损耗值。传统上，估算电感元件的磁芯损耗通常采
用Steinmetz公式，即 其中 为磁芯单位体积下单位时间的平均功率损耗，k、α
和β均为与磁芯材料相关的系数，f为正弦激励下的变压器工作频率，Bmax为正弦激励下变压
器磁芯工作的最大磁通密度。但是，Steinmetz公式只适用于正弦激励，而系统级集成电路
电源系统的电感元件的磁芯通过的激励电流波形往往不是正弦波，若采用Steinmetz公式
估算磁芯损耗值，必然会存在较大的误差，另外，直流偏执对磁芯的功率损耗也有极大的影
响。

[0003] 考虑到电感元件磁芯中磁畴壁的运动引起的损耗与磁场随时间的变化率直接相关，因此将Steinmetz公式改进为广义Steinmetz公式，即 其中
T为激励电流波形的周期，ΔB为磁通密度的峰值，ki、α和β均为与磁芯材料相关的系数。实
际上ki、α和β是变化的，然而广义Steinmetz公式却将ki、α和β当做常数处理，以致在直流偏
置条件下使用广义Steinmetz公式会存在较大误差。具体地，图2是在输入的电流波形不失
真的情况下通过磁芯的激励电流的三角形波形示意图，在三角形波形的电流出现不同的直
流偏置时，广义Steinmetz公式中的ki、α和β也是有所差别的。综上所述，当输入的电流波形
存在直流偏置的情况下，采用广义的Steinmetz公式计算磁芯损耗依然是不准确的。

发明内容

[0004] 本申请提供了一种针对集成电路电流不失真的磁芯损耗确定方法及装置，以期解决或部分解决背景技术中涉及的上述问题或现有技术中的其它至少一个不足。

[0005] 本申请提出了这样一种针对集成电路电流不失真的磁芯损耗确定方法，可包括：向用于集成电路电源系统的电感元件的磁芯中施加具有周期性变化的电流。在电流的作用
下，采集磁芯的磁滞回线的多个特征点，其中磁滞回线表示作用于磁芯的磁场强度和磁芯
产生的磁感应强度的变化关系。根据多个特征点，确定用于拟合磁滞回线的S曲线的参数，
以获得磁滞回线的方程。根据磁滞回线的方程，并基于磁芯损耗的定义，对所述磁滞回线进
行积分，以确定磁芯的平均功率损耗，其中磁芯损耗计算公式为：

[0006]

[0007] 式中，Hmin为电流到最低点时对应的磁场强度，Hmax为电流到最高点时对应的磁场强度，B1(H)为当磁场强度H在相应积分区间内变化时退磁曲线对应的磁感应强度，B2(H)为
当磁场强度H在相应积分区间内变化时磁化曲线对应的磁感应强度。

[0008] 在一些实施方式中，在电流的作用下，采集磁芯的磁滞回线的多个特征点，可包括：

[0009] 在电流多个周期内，分别依序采集用于初步表征磁芯的磁滞回线的第一测量点、第二测量点、第三测量点、第四测量点、第五测量点和第六测量点；并对多个第一测量点、多
个第二测量点、多个第三测量点、多个第四测量点、多个第五测量点和多个第六测量点分别
进行求均值处理，以获得用于稳定表征磁芯的磁滞回线的第一特征点、第二特征点、第三特
征点、第四特征点、第五特征点和第六特征点。

[0010] 在一些实施方式中，特征点为由作用于磁芯的磁场强度值和磁芯产生的磁感应强度值构成的一组具有对应关系的数对。特征点可包括：由磁芯产生的磁感应强度值达到反
向饱和时对应的磁场强度值，和磁芯的反向磁感应强度饱和值组成的第一特征点；由数值
零，和磁化过程中磁芯的剩余磁感应强度值组成的第二特征点；由磁化过程中磁芯的材料
的矫顽力值，和数值零组成的第三特征点；由磁芯产生的磁感应强度值达到正向饱和时对
应的磁场强度值，和磁芯的正向磁感应强度饱和值组成的第四特征点；由数值零，和退磁过
程中磁芯的剩余磁感应强度值组成的第五特征点；以及由退磁过程中磁芯的材料的矫顽力
值，和数值零组成的第六特征点。

[0011] 在一些实施方式中，S曲线为：

[0012]

[0013] 其中，a、b、c和d均表示定义S曲线的参数，e为自然常数，x表示变量，y表示S曲线随x的变化的输出结果。

[0014] 在一些实施方式中，根据多个特征点，确定用于拟合磁滞回线的S曲线的参数，以获得磁滞回线，可包括：

[0015] 根据S曲线的在变量趋于无穷大时输出结果向固定值收敛的属性，将特征点中磁芯产生的磁感应强度达到正向饱和值时对应的磁场强度值定义为正无穷大，以及将磁芯产
生的磁感应强度达到反向饱和值时对应的磁场强度值分别定义为负无穷大；将第一特征
点、第二特征点、第三特征点和第四特征点分别代入S曲线，以确定磁化过程对应的S曲线的
参数初始值；采用牛顿迭代法，确定磁化过程对应的S曲线的参数的准确值，以确定磁芯的
磁化曲线方程；将第一特征点、第六特征点、第五特征点和第四特征点分别代入S曲线，以确
定退磁过程对应的S曲线的参数初始值；采用牛顿迭代法，确定退磁过程对应的S曲线的参
数的准确值，以确定磁芯的退磁曲线方程；以及整合磁化曲线方程和退磁曲线方程，获得磁
芯的磁滞回线。

[0016] 在一些实施方式中，牛顿迭代法可包括：分别将S曲线的各个参数确定为迭代变量。根据迭代变量，确定牛顿迭代公式，其中牛顿迭代公式表示用于根据迭代变量的前一个
值推导出迭代变量的下一个值的公式。确定所述迭代变量的目标函数，响应于所述目标函
数的模值小于预设阈值的情况，将所述模值对应的所述迭代变量的值作为所述S曲线的参
数的准确值；其中，所述目标函数表征利用以所述迭代变量为参数的S曲线获得的所述特征
点位置处的计算值与所述特征点位置处的测量值之间差值。

[0017] 在一些实施方式中，磁芯损耗计算公式为：

[0018]

[0019] 其中，为磁芯在单位体积单位时间下的平均功率损耗，f为电流的波形频率，L为沿磁滞回线积分的积分路径，B为磁芯产生的磁感应强度，H为磁场强度。

[0020] 本申请还提出了这样一种针对集成电路电流不失真的磁芯损耗确定装置，可包括：电流供给模块、采集模块、拟合模块和损耗确定模块。电流供给模块用于向用于集成电
路电源系统的电感元件的磁芯中施加具有周期性变化的电流。采集模块用于在电流的作用
下，采集磁芯的磁滞回线的多个特征点，其中磁滞回线表示作用于磁芯的磁场强度和磁芯
产生的磁感应强度的变化关系。拟合模块用于根据多个特征点，确定用于拟合磁滞回线的S
曲线的参数，以获得磁滞回线的方程。损耗确定模块用于根据磁滞回线的方程，并基于磁芯
损耗的定义，对所述磁滞回线进行积分，以确定磁芯的平均功率损耗，其中磁芯损耗计算公
式为：

[0021]

[0022] 式中，Hmin为电流到最低点时对应的磁场强度，Hmax为电流到最高点时对应的磁场强度，B1(H)为当磁场强度H在相应积分区间内变化时退磁曲线对应的磁感应强度，B2(H)为
当磁场强度H在相应积分区间内变化时磁化曲线对应的磁感应强度。

[0023] 在一些实施方式中，采集模块的执行步骤可包括：在电流多个周期内，分别依序采集用于初步表征磁芯的磁滞回线的第一测量点、第二测量点、第三测量点、第四测量点、第
五测量点和第六测量点；并对多个第一测量点、多个第二测量点、多个第三测量点、多个第
四测量点、多个第五测量点和多个第六测量点分别进行求均值处理，以获得用于稳定表征
磁芯的磁滞回线的第一特征点、第二特征点、第三特征点、第四特征点、第五特征点和第六
特征点。

[0024] 在一些实施方式中，特征点为由作用于磁芯的磁场强度值和磁芯产生的磁感应强度值构成的一组具有对应关系的数对。特征点可包括：由磁芯产生的磁感应强度值达到反
向饱和时对应的磁场强度值，和磁芯的反向磁感应强度饱和值组成的第一特征点；由数值
零，和磁化过程中磁芯的剩余磁感应强度值组成的第二特征点；由磁化过程中磁芯的材料
的矫顽力值，和数值零组成的第三特征点；由磁芯产生的磁感应强度值达到正向饱和时对
应的磁场强度值，和磁芯的正向磁感应强度饱和值组成的第四特征点；由数值零，和退磁过
程中磁芯的剩余磁感应强度值组成的第五特征点；以及由退磁过程中磁芯的材料的矫顽力
值，和数值零组成的第六特征点。

[0025] 在一些实施方式中，S曲线为：

[0026]

[0027] 其中，a、b、c和d均表示定义S曲线的参数，e为自然常数，x表示变量，y表示S曲线随x的变化的输出结果。

[0028] 在一些实施方式中，拟合模块的执行步骤可包括：根据S曲线的在变量趋于无穷大时输出结果向固定值收敛的属性，将特征点中磁芯产生的磁感应强度达到正向饱和值时对
应的磁场强度值定义为正无穷大，以及将磁芯产生的磁感应强度达到反向饱和值时对应的
磁场强度值分别定义为负无穷大；将第一特征点、第二特征点、第三特征点和第四特征点分
别代入S曲线，以确定磁化过程对应的S曲线的参数初始值；采用牛顿迭代法，确定磁化过程
对应的S曲线的参数的准确值，以确定磁芯的磁化曲线方程；将第一特征点、第六特征点、第
五特征点和第四特征点分别代入S曲线，以确定退磁过程对应的S曲线的参数初始值；采用
牛顿迭代法，确定退磁过程对应的S曲线的参数的准确值，以确定磁芯的退磁曲线方程；以
及整合磁化曲线方程和退磁曲线方程，获得磁芯的磁滞回线。

[0029] 在一些实施方式中，牛顿迭代法可包括：分别将S曲线的各个参数确定为迭代变量。根据迭代变量，确定牛顿迭代公式，其中牛顿迭代公式表示用于根据迭代变量的前一个
值推导出迭代变量的下一个值的公式。确定所述迭代变量的目标函数，响应于所述目标函
数的模值小于预设阈值的情况，将所述模值对应的所述迭代变量的值作为所述S曲线的参
数的准确值；其中，所述目标函数表征利用以所述迭代变量为参数的S曲线获得的所述特征
点位置处的计算值与所述特征点位置处的测量值之间差值。

[0030] 在一些实施方式中，磁芯损耗计算公式为：

[0031]

[0032] 其中，为磁芯在单位体积单位时间下的平均功率损耗，f为电流的波形频率，L为沿磁滞回线积分的积分路径，B为磁芯产生的磁感应强度，H为磁场强度。

[0033] 根据上述的实施方式的技术方案可至少获得以下至少一个有益效果。

[0034] 根据本申请一实施方式的针对集成电路电流不失真的磁芯损耗确定方法及装置，通过采集集成电源电路系统中电感元件的磁芯的多个特征点，进而通过特征点确定用于拟
合磁芯磁滞回线的S曲线的参数，以拟合出磁芯的磁滞回线，最终直接根据磁芯损耗的定
义，通过对磁滞回线进行积分的方法可获得电感元件的磁芯损耗。基于上述，即可避免现有
技术中在直流偏置的情况下，难以准确获得磁芯损耗的问题，为确定电感元件的磁芯损耗
提供了便捷且精确的方式。

附图说明

[0035] 通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

[0036] 图1是根据本申请的示例性实施方式的针对集成电路电流不失真的磁芯损耗确定方法的流程图；

[0037] 图2是在输入的电流波形不失真的情况下通过磁芯的激励电流的三角形波形示意图；

[0038] 图3是根据本申请的示例性实施方式的针对集成电路电流不失真的磁芯损耗确定方法的对应于图2所示的电流波形的磁滞回线示意图；以及

[0039] 图4是根据本申请的示例性实施方式的针对集成电路电流不失真的磁芯损耗确定装置的结构示意图。

具体实施方式

[0040] 为了更好地理解本申请，将参考附图对本申请的各个方面做出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本申请的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本申请
的范围。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。表述“和/或”包括相关联的所
列项目中的一个或多个的任何和全部组合。

[0041] 在附图中，为了便于说明，已稍微调整了元素的大小、尺寸和形状。附图仅为示例而并非严格按比例绘制。如在本文中使用的，用语“大致”、“大约”以及类似的用语用作表近
似的用语，而不用作表程度的用语，并且旨在说明将由本领域普通技术人员认识到的、测量
值或计算值中的固有偏差。另外，在本申请中，各步骤处理描述的先后顺序并不必然表示这
些处理在实际操作中出现的顺序，除非有明确其它限定或者能够从上下文推导出的除外。

[0042] 还应理解的是，诸如“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”等表述在本说明书中是开放性而非封闭性的表述，其表示存在所陈述的特征、元件和/或部件，但不排
除一个或多个其它特征、元件、部件和/或它们的组合的存在。此外，当诸如“...中的至少一
个”的表述出现在所列特征的列表之后时，其修饰整列特征，而非仅仅修饰列表中的单独元
件。此外，当描述本申请的实施方式时，使用“可”表示“本申请的一个或多个实施方式”。并
且，用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。

[0043] 除非另外限定，否则本文中使用的所有措辞(包括工程术语和科技术语)均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，除非本申请中有明
确的说明，否则在常用词典中定义的词语应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的
含义一致的含义，而不应以理想化或过于形式化的意义解释。

[0044] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本申请。

[0045] 图1是根据本申请的示例性实施方式的针对集成电路电流不失真的磁芯损耗确定方法的流程图。

[0046] 如图1所示，本申请提供了这样一种对集成电路电流不失真的磁芯损耗确定方法，可包括：步骤S1，向用于集成电路电源系统的电感元件的磁芯中施加具有周期性变化的电
流。步骤S2，在电流的作用下，采集磁芯的磁滞回线的多个特征点，其中磁滞回线表示作用
于磁芯的磁场强度和磁芯产生的磁感应强度的变化关系。步骤S3，根据多个特征点，确定用
于拟合磁滞回线的S曲线的参数，以获得磁滞回线的方程。步骤S4，根据磁滞回线的方程，并
基于磁芯损耗的定义，对所述磁滞回线进行积分，以确定磁芯的平均功率损耗。

[0047] 在一些实施方式中，首先，向用于集成电路电源系统的电感元件的磁芯中施加具有周期性变化的电流。并且，向磁芯施加的电流的工作波形可为正弦波、或三角形波等；需
要说明的是，作用于磁芯的磁场强度值由加载在用于集成电路电源系统的电感元件上的电
流产生，该电流的波形与用于集成电路电源系统的电感元件的工作波形完全相同，若向磁
芯中施加的电流的工作波形不同时，形成的磁滞回线也不相同。并且在许多集成电路的电
源系统中，根据集成电路中三极管等元器件的需求，磁性元件需要通过直流或低频预磁化
偏置，例如在集成电路的开关电源电路中，通常使用在直流偏置条件下工作的磁性元件，因
此输入的电流信号还会存在直流偏置的情况。基于此，首先需要根据电流的工作波形确定
电感元件的磁芯的磁滞回线，进而可依据磁滞回线通过积分的方法确定电感元件的磁芯损
耗。

[0048] 进一步地，当电感元件的磁芯通入上述电流后，在电流的作用下，磁芯内会产生随着电流变化的磁场，进而会产生一定的磁芯损耗。基于磁芯的磁芯损耗，会生成对应的磁滞
回线。当然，通过磁芯的不同的电流信号会产生不同状态的磁滞回线。

[0049] 图2是在输入的电流波形不失真的情况下通过磁芯的激励电流的三角形波形示意图；以及图3是根据本申请的示例性实施方式的针对集成电路电流不失真的磁芯损耗确定
方法的对应于图2所示的电流波形的磁滞回线示意图。

[0050] 在一些实施方式中，如图2所示，施加在磁芯上的电流的工作波形为三角形波形，其一个工作周期为T，在该周期内的电流最大值为imax，在该周期内的电流最小值为imin，且
该周期内的电流最大值与电流最小值之间差为ΔiL。进一步地，iDC为输入的电流的平均电
流值，可以看到平均电流值大于零，换言之该电流信号具有直流偏置的现象。另外，在该电
流的工作周期内，rT为其出现峰值的时间点，即rT时刻对应的电流数值为imax，且未出现电
流信号保持不变的时间段，换言之，施加在磁芯上的电流信号不存在失真的情况。这反映到
磁滞回线上，可参考图3，rT时刻对应于向磁芯施加的电流正向最大时的磁感应强度值和磁
场强度值处，随着电流rT时刻至T时刻电流的减小，磁感应强度B随着磁场强度H的减小而减
小，直至下降到最低点L1处。可以看到，该磁滞回线的特殊点可包括：L2位置处，即电流增加
到最高时对应的磁场强度值Hmax和磁感应强度值Bmax；L1位置处，即电流下降到最低时对应
的磁感应强度值Hmin和磁场强度值Bmin；磁化过程中磁场强度为零时对应的磁感应强度值Br2
处；磁化过程中磁感应强度为零时对应的磁场强度值Hc2处；退磁过程中磁场强度为零时对
应的磁感应值Br1处；以及退磁过程中磁感应强度为零时对应的磁场强度值Hc1处。

[0051] 综上所述，确定电感元件磁芯的磁滞回线的特征点，与通过电感元件磁芯的电流信号的工作波形有关。换言之，通过电感元件磁芯的电流信号的工作波形可为任意类型，也
可存在直流偏置现象，需要依据通过磁芯的电流信号的工作波形确定相应的磁芯的磁滞回
线。

[0052] 在一些实施方式中，S曲线具有中间陡峭、两端平缓并分别收敛于固定值的特性，且磁芯的磁滞回线包括的磁化曲线和退磁曲线均具有与S曲线相同的特征。基于此，本申请
用S曲线分别拟合磁化曲线和退磁曲线，进而可构成磁芯的磁滞回线。

[0053] 首先，在电流多个周期内，分别依序采集用于初步表征磁芯的磁滞回线的第一测量点、第二测量点、第三测量点、第四测量点、第五测量点和第六测量点；并对多个第一测量
点、多个第二测量点、多个第三测量点、多个第四测量点、多个第五测量点和多个第六测量
点分别进行求均值处理，以获得用于稳定表征磁芯的磁滞回线的第一特征点、第二特征点、
第三特征点、第四特征点、第五特征点和第六特征点。

[0054] 在一些实施方式中，特征点为由作用于磁芯的磁场强度值和磁芯产生的磁感应强度值构成的一组具有对应关系的数对。特征点可包括：由磁芯产生的磁感应强度值达到反
向饱和时对应的磁场强度值，和磁芯的反向磁感应强度饱和值组成的第一特征点；由数值
零，和磁化过程中磁芯的剩余磁感应强度值组成的第二特征点，其中数值零为磁化过程中
的外加磁场强度值，剩余磁感应强度值为磁化过程中当外加磁场强度值为零时对应的磁芯
的磁感应强度值；由磁化过程中磁芯的材料的矫顽力值，和数值零组成的第三特征点，其中
矫顽力值为磁化过程中使得磁芯的磁感应强度值为零的外加磁场强度值，数值零为磁化过
程中磁芯材料的矫顽力值对应的磁芯的磁感应强度值；由磁芯产生的磁感应强度值达到正
向饱和时对应的磁场强度值，和磁芯的正向磁感应强度饱和值组成的第四特征点；由数值
零，和退磁过程中磁芯的剩余磁感应强度值组成的第五特征点，其中数值零为退磁过程中
的外加磁场强度值，剩余磁感应强度值为退磁过程中当外加磁场强度值为零时对应的磁芯
的磁感应强度值；以及由退磁过程中磁芯的材料的矫顽力值，和数值零组成的第六特征点，
其中矫顽力值为退磁过程中使得磁芯的磁感应强度值为零的外加磁场强度值，数值零为退
磁过程中磁芯材料的矫顽力值对应的磁芯的磁感应强度值。需要说明的是，不同材质的电
感元件的磁芯的饱和磁感应强度值不同，但是同种材质的磁芯的饱和磁感应强度值相同。
换言之，磁芯的饱和磁感应强度值由磁芯的材质决定。除此之外，同种材质的磁芯的矫顽力
值也是相同的，矫顽力即当磁芯产生的磁感应强度为零时所需的去磁磁场强度；以及，当磁
场强度为零时，同种材质的磁芯中剩余磁感应强度也是相同的。

[0055] 进一步地，S曲线公式为：

[0056]

[0057] 在公式(1)中，a、b、c和d均表示定义S曲线的参数，e为自然常数，x表示变量，y表示S曲线随x的变化的输出结果。

[0058] 根据S曲线的在变量x趋于无穷大时输出结果y向固定值收敛的属性，将特征点中磁芯产生的磁感应强度达到正向饱和值时对应的磁场强度值以及磁芯产生的磁感应强度
达到反向饱和值时对应的磁场强度值分别定义为正无穷大和负无穷大；将第一特征点、第
二特征点、第三特征点和第四特征点分别代入S曲线，以确定磁化过程对应的S曲线的参数
初始值；采用牛顿迭代法，确定磁化过程对应的S曲线的参数的准确值，以确定磁芯的磁化
曲线方程；将第一特征点、第四特征点、第五特征点和第六特征点分别代入S曲线，以确定退
磁过程对应的S曲线的参数初始值；采用牛顿迭代法，确定退磁过程对应的S曲线的参数的
准确值，以确定磁芯的退磁曲线方程；以及整合磁化曲线方程和退磁曲线方程，获得磁芯的
磁滞回线。

[0059] 具体地，当采用牛顿迭代法确定磁化过程或退磁过程对应的S曲线的参数的准确值时，首先分别将S曲线的各个参数a、b、c和d确定为迭代变量。根据迭代变量，确定牛顿迭
代公式，其中牛顿迭代公式表示用于根据迭代变量的前一个值推导出迭代变量的下一个值
的公式。牛顿迭代公式可表示为：

[0060] P(i+1)＝P(i)‑(F′(P(i)))‑1F(P(i))，(2)

[0061] 在公式(2)中，P为迭代向量，i为自然数，P(i)表示变量第i次迭代的结果，F为目标函数，F'为目标函数的雅可比矩阵。其中，所述目标函数为根据迭代法确定的S曲线的参数
反过来计算的S曲线在所述特征点位置的值与测量值的差值，差值越小，根据迭代法确定的
S曲线的参数在所述特征点越接近测量的真实值。目标函数可表示为：

[0062]

[0063] 在公式(3)中，fi表示子目标函数，i为自然数，具体来说为S曲线在第i个所述特征点位置的值与对应的测量值的差距；vcal为根据迭代法确定的S曲线的参数反过来计算的S
曲线在所述特征点位置的值；vmea为在所述特征点位置的测量值；q为自然数，表示构造的目
标函数在迭代过程中的加速因子；n为子目标函数的个数，或者说为特征点的个数。

[0064] 目标函数的雅克比矩阵可表示为：

[0065]

[0066] 公式(4)中， 表示目标函数F的第l个子目标函数fl对迭代变量P的第m个变量pm求偏导，这里l、m和n均为自然数。

[0067] 设定目标函数的模值||F(P(i))||的阈值为ε，响应于模值||F(P(i))||小于阈值的(i)
情况ε，将模值||F(P )||对应的迭代变量的值作为S曲线的参数的准确值。进一步地，将磁
化过程中S曲线的参数准确值代入S曲线公式，即可获得磁芯的磁滞回线的磁化曲线方程或
(i) (i+1)
退磁曲线方程。当然，若||F(P )||大于或等于预设的阈值ε时，以P 为迭代变量的初始
(i)
值，继续进行迭代运算，直至||F(P )||小于预设的阈值ε时，结束磁化过程中S曲线公式的
(i)
各个参数迭代过程。需要说明的是，模值||F(P )||越小，表示越接近迭代目标，所获得的S
曲线的参数越准确。

[0068] 在一些实施方式中，获得了磁滞回线后，根据磁滞回线的方程，直接根据磁芯损耗的定义，通过对磁滞回线进行积分的方法即可确定磁芯的平均功率损耗。

[0069] 在一些实施方式中，磁芯损耗计算公式为：

[0070]

[0071] 在公式(5)中， 为磁芯在单位体积单位时间下的平均功率损耗，f为电流的波形频率，L为沿磁滞回线积分的积分路径，B为磁芯产生的磁感应强度，H为磁场强度。

[0072] 进一步地，针对图2所示的不失真的电流波形，磁芯损耗计算公式还可表示为：

[0073]

[0074] 在公式(6)中，Hmin为施加的电流到最低点时对应的磁场强度，Hmax为施加的电流到最高点时对应的磁场强度，B1(H)为当磁场强度H在相应积分区间内变化时退磁曲线对应的
磁感应强度，B2(H)为当磁场强度H在相应积分区间内变化时磁化曲线对应的磁感应强度。

[0075] 根据本申请一实施方式的针对集成电路电流不失真的磁芯损耗确定方法，通过采集集成电源电路系统中电感元件的磁芯的多个特征点，进而通过特征点确定用于拟合磁芯
磁滞回线的S曲线的参数，以拟合出磁芯的磁滞回线，最终直接根据磁芯损耗的定义，通过
对磁滞回线进行积分的方法可获得电感元件的磁芯损耗。基于上述，即可避免现有技术中
在直流偏置的情况下，难以准确获得磁芯损耗的问题，为确定电感元件的磁芯损耗提供了
便捷且精确的方式。

[0076] 图4是根据本申请的示例性实施方式的针对集成电路电流不失真的磁芯损耗确定装置的结构示意图。

[0077] 如图4所示，本申请还提出了这样一种针对集成电路电流不失真的磁芯损耗确定装置，可包括：电流供给模块1、采集模块2、拟合模块3和损耗确定模块4。电流供给模块1用
于向用于集成电路电源系统的电感元件的磁芯中施加具有周期性变化的电流。采集模块2
用于在电流的作用下，采集磁芯的磁滞回线的多个特征点，其中磁滞回线表示作用于磁芯
的磁场强度和磁芯产生的磁感应强度的变化关系。拟合模块3用于根据多个特征点，确定用
于拟合磁滞回线的S曲线的参数，以获得磁滞回线的方程。损耗确定模块4用于根据磁滞回
线的方程，并基于磁芯损耗的定义，对磁滞回线进行积分，以确定磁芯的平均功率损耗，其
中磁芯损耗计算公式为：

[0078]

[0079] 式中，Hmin为所述电流到最低点时对应的磁场强度，Hmax为所述电流到最高点时对应的磁场强度，B1(H)为当磁场强度H在相应积分区间内变化时退磁曲线对应的磁感应强
度，B2(H)为当磁场强度H在相应积分区间内变化时磁化曲线对应的磁感应强度。

[0080] 在一些实施方式中，采集模块2的执行步骤可包括：在电流多个周期内，分别依序采集用于初步表征磁芯的磁滞回线的第一测量点、第二测量点、第三测量点、第四测量点、
第五测量点和第六测量点；并对多个第一测量点、多个第二测量点、多个第三测量点、多个
第四测量点、多个第五测量点和多个第六测量点分别进行求均值处理，以获得用于稳定表
征磁芯的磁滞回线的第一特征点、第二特征点、第三特征点、第四特征点、第五特征点和第
六特征点。

[0081] 在一些实施方式中，特征点为由作用于磁芯的磁场强度值和磁芯产生的磁感应强度值构成的一组具有对应关系的数对。特征点可包括：由磁芯产生的磁感应强度值达到反
向饱和时对应的磁场强度值，和磁芯的反向磁感应强度饱和值组成的第一特征点；由数值
零，和磁化过程中磁芯的剩余磁感应强度值组成的第二特征点；由磁化过程中磁芯的材料
的矫顽力值，和数值零组成的第三特征点；由磁芯产生的磁感应强度值达到正向饱和时对
应的磁场强度值，和磁芯的正向磁感应强度饱和值组成的第四特征点；由数值零，和退磁过
程中磁芯的剩余磁感应强度值组成的第五特征点；以及由退磁过程中磁芯的材料的矫顽力
值，和数值零组成的第六特征点。

[0082] 在一些实施方式中，S曲线为：

[0083]

[0084] 其中，a、b、c和d均表示定义S曲线的参数，e为自然常数，x表示变量，y表示S曲线随x的变化的输出结果。

[0085] 在一些实施方式中，拟合模块3的执行步骤可包括：根据S曲线的在变量趋于无穷大时输出结果向固定值收敛的属性，将特征点中磁芯产生的磁感应强度达到正向饱和值时
对应的磁场强度值以及磁芯产生的磁感应强度达到反向饱和值时对应的磁场强度值分别
定义为正无穷大和负无穷大；将第一特征点、第二特征点、第三特征点和第四特征点分别代
入S曲线，以确定磁化过程对应的S曲线的参数初始值；采用牛顿迭代法，确定磁化过程对应
的S曲线的参数的准确值，以确定磁芯的磁化曲线方程；将第一特征点、第四特征点、第五特
征点和第六特征点分别代入S曲线，以确定退磁过程对应的S曲线的参数初始值；采用牛顿
迭代法，确定退磁过程对应的S曲线的参数的准确值，以确定磁芯的退磁曲线方程；以及整
合磁化曲线方程和退磁曲线方程，获得磁芯的磁滞回线。

[0086] 在一些实施方式中，牛顿迭代法可包括：分别将S曲线的各个参数确定为迭代变量。根据迭代变量，确定牛顿迭代公式，其中牛顿迭代公式表示用于根据迭代变量的前一个
值推导出迭代变量的下一个值的公式。以及确定迭代变量的目标函数，响应于目标函数的
模值小于预设阈值的情况，将模值对应的迭代变量的值作为S曲线的参数的准确值；其中，
目标函数表征利用以迭代变量为参数的S曲线获得的特征点位置处的计算值与特征点位置
处的测量值之间差值。

[0087] 根据本申请一实施方式的针对集成电路电流不失真的磁芯损耗确定装置，通过采集集成电源电路系统中电感元件的磁芯的多个特征点，进而通过特征点确定用于拟合磁芯
磁滞回线的S曲线的参数，以拟合出磁芯的磁滞回线，最终直接根据磁芯损耗的定义，通过
对磁滞回线进行积分的方法可获得电感元件的磁芯损耗。基于上述，即可避免现有技术中
在直流偏置的情况下，难以准确获得磁芯损耗的问题，为确定电感元件的磁芯损耗提供了
便捷且精确的方式。

[0088] 如上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式，并不用于限制本发明。凡在
本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等均应包含在本发明的保护范
围之内。