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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(jiǎng)勵(lì) |正序?yàn)g覽 |閱讀模式
7 e$ G0 B& b- n' E0 Q
點(diǎn)擊上方名片關(guān)注了解更多+ R$ _6 g6 m( M7 ]
1 {- R7 p! o  t
電感飽和的原因6 x: n) _6 |. \
先直觀的認(rèn)識(shí)下什么是電感飽和,如圖1:
, e3 }$ q9 W/ @( o8 x6 a % a; k# I& T. m# C' K6 w2 d
圖14 o" h' ]* Q6 |  g  w7 W7 h" w$ i
我們知道當(dāng)圖1線圈中通過電流時(shí),線圈會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng);
+ J5 I0 {7 I. S& ]" I7 U3 a磁芯在磁場(chǎng)的作用下會(huì)被磁化,其內(nèi)部磁疇會(huì)慢慢旋轉(zhuǎn);" @; D2 L' V; ?" D, O" r
當(dāng)磁芯被完全磁化時(shí),磁疇方向全部和磁場(chǎng)一致,即使再增加外磁場(chǎng),磁芯也沒有可以旋轉(zhuǎn)的磁疇了,此時(shí)的電感就進(jìn)入了飽和狀態(tài)。& b8 a$ e0 N7 f8 f2 Q$ P
從另一個(gè)角度來看,如圖2所示的磁化曲線,磁通密度B與磁場(chǎng)強(qiáng)度H之間滿足圖2中右側(cè)公式:7 W% U" }$ h$ |
當(dāng)磁通密度達(dá)到Bm時(shí),磁通密度不再隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的增大而大幅度增大,此時(shí)電感達(dá)到飽和。2 u  S% F/ |4 k
由電感與磁導(dǎo)率μ的關(guān)系式可知:! v; ~( q4 W0 G0 u, p: N
當(dāng)電感飽和后,μ會(huì)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。+ @8 p% ~, k; M) T# M# w

: @5 u  g# {+ X
, z( {$ \5 x) @! \圖2
9 B' @+ m! W! W, A  m5 x# y* m% U) A. i$ i0 v8 c5 B0 a
判斷電感飽和的訣竅8 M0 O3 o! g0 m  B1 S
在實(shí)際應(yīng)用中有沒有判斷電感飽和的訣竅呢?* ^4 K  a, i1 ]$ U+ k- e5 |: e
可以總結(jié)為兩大類:理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)試。
: w6 w8 Q8 r; P1 x+ r理論計(jì)算可從最大磁通密度和最大電感電流入手;
. J  {5 \: {  ?實(shí)驗(yàn)測(cè)試主要關(guān)注電感電流波形和一些其他初步判斷方法。
, O. X& h- r& V1 A( b/ h

3 K7 X/ Z4 s$ l. n4 y 6 t- B5 k9 F# e% g+ B. J0 V$ m7 c
1 D# Q% |) |" W3 P) Z* n
下面就一一介紹這些方法。
0 p3 F2 W+ |- \: i計(jì)算磁通密度3 p( {2 @+ m$ W) z7 o8 J/ _9 }
此方法適用于利用磁芯來設(shè)計(jì)電感的場(chǎng)景。磁芯參數(shù)包括磁路長(zhǎng)度le,有效面積Ae等。磁芯的型號(hào)還決定了相應(yīng)的磁材牌號(hào),磁材對(duì)磁芯損耗,飽和磁通密度等做了相應(yīng)規(guī)定。! g1 }9 h; u$ R% n/ J1 t; ]& u
3 {/ @6 r7 W1 ]& s' Z) a# l
$ L# v0 h/ f! l2 i9 B
有了這些材料,我們就能根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)情況來計(jì)算最大磁通密度,公式如下:
) c! R% |1 L3 h, `( v/ ~* W' ^9 ]
( }4 G5 G/ h0 T7 ~/ c" V
& n: q2 w4 S8 }5 T  O# Q" ]實(shí)際中可簡(jiǎn)化計(jì)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(jì)的電感是否有飽和的風(fēng)險(xiǎn)。8 c( S* L, G9 }4 x  s0 D
計(jì)算最大電感電流& L- n, f( N5 o/ K
此方法適用于直接利用成品電感來設(shè)計(jì)電路。
! q4 q4 s' q7 p, P: i' c& N不同的電路拓?fù)鋵?duì)電感電流計(jì)算有不同的公式。
2 i0 b( G+ v% Q" H* w9 G以Buck芯片MP2145為例,可以按照如下公式計(jì)算,將計(jì)算結(jié)果與電感規(guī)格值相比較就能判斷電感是否會(huì)飽和。
& a% p+ i2 q; I  x
1 [: H2 L- Z+ ~/ y5 ~! e1 ~  s3 m2 @# g( n. e! k* Q
通過電感電流波形判斷
0 x: t$ f& D  z% p此方法也是工程實(shí)際中最常見和最實(shí)用的的方法。0 l- ~2 i0 b8 g5 M1 P5 A7 I* B' b
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(shí),電感電流是一個(gè)斜率一定的三角波,當(dāng)電感飽和時(shí)電感電流波形會(huì)有一個(gè)明顯畸變,這是由于飽和后感量降低造成的。' ~5 {  A3 A. U
1 p( j2 J8 i. `* _/ L

/ B% p5 [$ v9 m+ r* n我們?cè)诠こ虒?shí)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。
. G; T3 ]- b+ ~2 {$ o下面是在MP2145 Demo板上實(shí)測(cè)波形,可以看到飽和后有明顯的畸變,與仿真結(jié)果一致。$ m& }' q; M; |# `4 K0 m
% \# N$ A2 U3 k9 B% Q+ L
* h6 x: S3 N2 S# k- u$ J
測(cè)量電感是否異常升溫,聽是否有異常嘯叫3 t  B/ x: t, Y" I+ p0 x
在工程實(shí)際中還有很多情況,我們可能不能準(zhǔn)確知道磁芯型號(hào),也很難知道電感飽和電流大小,有時(shí)候也不能方便的測(cè)試電感電流;這時(shí)候我們還可以通過測(cè)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。. B7 F% _- ?& Y0 D2 x+ c2 l
& Q% J. l  S4 t/ f% V( @
到此判斷電感飽和的幾個(gè)小訣竅已經(jīng)介紹完了。希望對(duì)大家有所幫助。$ a' x( u) _5 k! w2 Q( y

6 {/ t; c- v* g, j
9 }  N) k1 @; x; O4 v. v2 t& q聲明:
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