[发明专利]针对集成电路电流饱和失真的磁芯损耗确定方法及装置

说明书

一种针对集成电路电流饱和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饱和失真波形的电流，其中电流呈周期性变化。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，对磁滞回线进行积分，以确定磁芯的平均功率损耗。本申请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。

技术领域

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饱和失真的磁芯损耗确定方法及装置。

背景技术

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，B_max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，直流偏置对磁芯的功率损耗也有极大的影响。

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，k_i、α和β均为与磁芯材料相关的系数。实际上k_i、α和β是变化的，然而广义Steinmetz公式却将k_i、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是在输入的电流饱和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k_i、α和β也是有所差别的。并且，如图2所示，在r₁T至r₂T时间段，磁芯的电感线圈产生的磁通密度与电流满足如下关系：其中r为一小于1的比例系数，μ₀为真空磁导率，N为缠绕在磁芯上用于制备集成电路电源系统电感元件的线圈的匝数，I(t)为加载在集成电路电源系统电感元件上的电流的工作波形，l_i为缠绕在第i段磁芯上形成第i段电感元件的长度，μ_r,i为第i段磁芯的相对磁导率。因此，在r₁T至r₂T时间段，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为0，即该时间段内的积分为0，也就是说根据上述公式该时间段内没有能量损耗。然而，实际上在r₁T至r₂T时间段，由于弛豫现象会导致一定的剩余损耗。综上所述，在电流信号饱和失真且直流偏置的情况下，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

本申请提供了一种针对集成电路电流饱和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。

本申请提出了一种针对集成电路电流饱和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饱和失真波形的电流，其中电流呈周期性变化。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：