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電感飽和的原因1 [% w; @/ j" s; s& g
先直觀的認識下什么是電感飽和,如圖1:
4 M8 X3 P/ A/ `+ d* f1 j
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" u: n# `8 s9 B8 K+ G5 C: r3 D$ s# N圖14 j& k% j+ k! ]6 ~$ Y P- Y8 t( g
我們知道當(dāng)圖1線圈中通過電流時,線圈會產(chǎn)生磁場;3 D8 S4 {% P2 Q7 |
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);
) }( U$ Y* U1 m5 ~. s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,此時的電感就進入了飽和狀態(tài)。, @0 {" J" R' J# a
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:
% t/ b7 y0 B% l w6 y當(dāng)磁通密度達到Bm時,磁通密度不再隨磁場強度的增大而大幅度增大,此時電感達到飽和。0 H0 z9 q: q" K
由電感與磁導(dǎo)率μ的關(guān)系式可知:! w" {! C) G7 k
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。
) |2 V; _0 ?, m9 V0 M5 ?3 E
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4 E* w9 w* _; v: f% K圖2% ?! [: m5 h! \" U% ~4 P- T
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判斷電感飽和的訣竅% j6 S) P4 |/ y2 \
在實際應(yīng)用中有沒有判斷電感飽和的訣竅呢?
7 e; P5 `6 p$ W9 a* _可以總結(jié)為兩大類:理論計算和實驗測試。
~( X& D( [ ^ A理論計算可從最大磁通密度和最大電感電流入手;
7 A5 h- J% y& z( _! o$ G6 B' M C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。 [: ] j8 m4 d, f4 f
) }6 |9 f( E$ J1 h5 V; o/ O# s9 ^
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! W5 |6 Y' m$ l1 n
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下面就一一介紹這些方法。0 C. Q: F+ q6 e# G9 V$ U" W% S, P
計算磁通密度" t+ j& ?1 O/ R' w, p& _" h! G
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。
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@( U8 F$ w8 C' a
( y, \7 A; ~6 p% v# i" f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:
% h9 m$ q8 m. c Z: O: J/ m! J0 \1 F3 O
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1 I0 U+ y2 J" r+ s8 U- \3 N9 ~ O- Y& x8 S" p( X5 [
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。6 I5 w7 G/ b5 _; x Y( ~2 m- I
計算最大電感電流$ \7 A* g* N/ h! I
此方法適用于直接利用成品電感來設(shè)計電路。
, D5 y+ f0 A5 v& M D9 s不同的電路拓撲對電感電流計算有不同的公式。, Q& ?6 t% [4 R. T
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。6 k, \' D! y$ R7 K( n1 P% p
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5 @* K/ m5 _8 R0 M/ Y& x
9 { }3 D4 o3 V) g, W7 y/ ~通過電感電流波形判斷- s+ n3 d* e( n: H
此方法也是工程實際中最常見和最實用的的方法。3 _5 x& Y' O' ^. G+ Y, E% j
還是以MP2145為例,使用MPSmart仿真工具進行仿真,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。& @# T' n, W' m1 u: e+ ^4 Q5 F9 S
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% V+ q/ U- u9 a) i
, W8 E- R8 }. J% _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。
; l2 }) O& \9 P' O/ m& n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。
) l$ g3 w _. h& o4 f) }2 Y N" v
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測量電感是否異常升溫,聽是否有異常嘯叫3 j8 x; v, y3 x$ Y
在工程實際中還有很多情況,我們可能不能準確知道磁芯型號,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。 r. ^. f' v" f- O
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2 ~0 M, x" h0 r- N; z4 g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。1 S9 d# Y4 m$ l' l
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