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糟糕!電感飽和了

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發(fā)表于 2024-9-4 07:44:00 | 只看該作者 |只看大圖 回帖獎勵 |正序瀏覽 |閱讀模式
2 C% p2 b0 G/ S6 o- G6 f
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$ R1 J. A8 ^: N$ q6 C2 Q  R7 C* a- W
電感飽和的原因
) e9 a' r' Z: I" o4 ]5 N; @先直觀的認(rèn)識下什么是電感飽和,如圖1:
1 j7 M8 ?- [$ Z$ J6 `% I : @$ A$ [! H4 ^6 K
圖11 |) A4 W7 X4 ^3 x+ O
我們知道當(dāng)圖1線圈中通過電流時,線圈會產(chǎn)生磁場;
% i1 I: C% B2 m' n# U8 W磁芯在磁場的作用下會被磁化,其內(nèi)部磁疇會慢慢旋轉(zhuǎn);
3 W. }5 ]# q  \" h當(dāng)磁芯被完全磁化時,磁疇方向全部和磁場一致,即使再增加外磁場,磁芯也沒有可以旋轉(zhuǎn)的磁疇了,此時的電感就進(jìn)入了飽和狀態(tài)。$ N. o' F' f# U) M0 ^5 L
從另一個角度來看,如圖2所示的磁化曲線,磁通密度B與磁場強度H之間滿足圖2中右側(cè)公式:% P# z' O! p* G& E) i
當(dāng)磁通密度達(dá)到Bm時,磁通密度不再隨磁場強度的增大而大幅度增大,此時電感達(dá)到飽和。
6 c0 Y  M- ?5 H8 ?) ?- x! p
由電感與磁導(dǎo)率μ的關(guān)系式可知:  J* A2 I% Z# t2 W$ w
當(dāng)電感飽和后,μ會大幅度減小,最終導(dǎo)致電感量大幅降低,失去抑制電流的能力。6 h" H$ l4 L$ @, `2 q
: Q% `! J- h# U+ d1 O

8 L+ K  d. X9 `5 f/ t0 h5 S( X: ~圖2
; d/ J# c4 S" ?/ _' ~* i5 j# W1 \% q' R/ g/ m
判斷電感飽和的訣竅
  B* u0 |% P; F( m, H# m* m在實際應(yīng)用中有沒有判斷電感飽和的訣竅呢?
% N. [2 x+ b6 S" n6 Z; N, m9 s* r, D可以總結(jié)為兩大類:理論計算和實驗測試。
+ q" X% p% ~; K理論計算可從最大磁通密度和最大電感電流入手;
( `& Z/ z1 v# S9 U3 m% b# Y實驗測試主要關(guān)注電感電流波形和一些其他初步判斷方法。
" y, O! J% n1 t$ k. w4 J

7 H% m% a- p7 j2 g* c) I' X
' h0 Q$ T# G" ^# O, Z" `9 t8 r+ U6 O
下面就一一介紹這些方法。
! B5 g1 }! c5 U2 ?7 T/ {計算磁通密度! m! \0 w& A( `$ k1 {& u
此方法適用于利用磁芯來設(shè)計電感的場景。磁芯參數(shù)包括磁路長度le,有效面積Ae等。磁芯的型號還決定了相應(yīng)的磁材牌號,磁材對磁芯損耗,飽和磁通密度等做了相應(yīng)規(guī)定。3 `) i8 f0 z0 L, F  \  B
# _" r2 p' f+ L& q" I

: M8 e" q, A9 T% M: Y2 a( @有了這些材料,我們就能根據(jù)實際設(shè)計情況來計算最大磁通密度,公式如下:
1 z/ y' h/ j5 S, x. ^
# a5 Q8 f) R, ]. S' p. a3 D2 B
9 ?3 x0 o: e2 s; H' ^: A實際中可簡化計算,用ui來代替ur;最后與磁材飽和磁通密度相比較,就能判斷設(shè)計的電感是否有飽和的風(fēng)險。$ E2 @! b$ e5 s& b9 l. P3 f
計算最大電感電流
& s# z) ]  h, B( w  I+ D此方法適用于直接利用成品電感來設(shè)計電路。, |8 ^: {9 K  O9 ]+ d+ o% o
不同的電路拓?fù)鋵﹄姼须娏饔嬎阌胁煌墓健?br /> . @- l5 f+ x+ w! X4 _: f以Buck芯片MP2145為例,可以按照如下公式計算,將計算結(jié)果與電感規(guī)格值相比較就能判斷電感是否會飽和。
0 h+ E4 m- |4 n: o + d* X4 ^) }- ]) X
( l* E5 j: B" |% G1 x
通過電感電流波形判斷
9 U$ L  C7 b# o5 r. b; O此方法也是工程實際中最常見和最實用的的方法。" z1 O- ^8 v# p; o
還是以MP2145為例,使用MPSmart仿真工具進(jìn)行仿真,從仿真波形可以知道,當(dāng)電感沒有飽和時,電感電流是一個斜率一定的三角波,當(dāng)電感飽和時電感電流波形會有一個明顯畸變,這是由于飽和后感量降低造成的。
: l$ Q7 j- H" `$ ^1 T& z5 } 5 {7 y9 V' C9 x, T) c" J

0 o1 i6 N: A) H我們在工程實際中就可以基于此觀察電感電流波形是否存在畸變,來判斷電感是否飽和。  N( K' [- E' t: H( X" Z
下面是在MP2145 Demo板上實測波形,可以看到飽和后有明顯的畸變,與仿真結(jié)果一致。
- V0 _. b+ Y+ e
+ p( T! r! M/ l; G' O8 c5 f8 i+ O
4 k1 D5 j' y, J0 t測量電感是否異常升溫,聽是否有異常嘯叫; H' w" P' t# X: O" j9 ^5 y: P
在工程實際中還有很多情況,我們可能不能準(zhǔn)確知道磁芯型號,也很難知道電感飽和電流大小,有時候也不能方便的測試電感電流;這時候我們還可以通過測量電感是否有異常溫升,或者聽是否有異常嘯叫等手段來初步判斷是否發(fā)生了飽和。
7 J) L0 S0 ~! G" x) I( F9 ] 1 A3 o: [" N0 O1 T; L
到此判斷電感飽和的幾個小訣竅已經(jīng)介紹完了。希望對大家有所幫助。! {4 d6 }& b% ]2 p& G7 {
6 }$ i# f1 L" X7 E& Q

9 u/ b- N7 O3 U$ J  }聲明:/ M1 Z& B6 \) c6 D8 v( p
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