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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 |倒序?yàn)g覽 |閱讀模式

9 w7 z' D1 \) R9 _點(diǎn)擊上方名片關(guān)注了解更多
. a% @3 J3 n7 T  ^8 y' C5 M5 u
+ _8 \) J3 |( A- ?電感飽和的原因
6 V) I3 \5 Q9 E8 R' ?% Z先直觀的認(rèn)識下什么是電感飽和,如圖1:
# d8 T2 A. ]/ R/ ?! s& y; [( G/ @0 \
- I) P: Q& o$ s; B# @9 Y圖1% ?( L7 E1 U" U- s
我們知道當(dāng)圖1線圈中通過電流時,線圈會產(chǎn)生磁場;! d  I$ q/ j* ^5 f
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);
  [8 Z7 w3 P2 n) F+ a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)。1 E0 X) f9 M  [- S& w, Z8 f5 \! c
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(qiáng)度H之間滿足圖2中右側(cè)公式:) h# M% a+ {1 |! z/ _
當(dāng)磁通密度達(dá)到Bm時,磁通密度不再隨磁場強(qiáng)度的增大而大幅度增大,此時電感達(dá)到飽和。! B8 Q1 B0 a) H$ \- S1 n8 \# _
由電感與磁導(dǎo)率μ的關(guān)系式可知:
4 O5 h+ {$ y6 t5 C* S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。& v8 J2 q) r6 Q3 X0 f* q, @1 e6 B3 I4 m

4 a, f6 l5 h8 ]3 H% h7 Y/ t8 R6 J + J: y. Q4 N* }7 `  r
圖2- @8 B% _: U) P5 a. }) x
& z" ?6 Z. N+ R8 Z
判斷電感飽和的訣竅
% s: p1 @8 i" b- L8 ^4 ^在實(shí)際應(yīng)用中有沒有判斷電感飽和的訣竅呢?
7 E) W* Q  @. K& X" F可以總結(jié)為兩大類:理論計算和實(shí)驗(yàn)測試。, ?9 f  t8 v- y1 ^9 A4 {: a
理論計算可從最大磁通密度和最大電感電流入手;+ J+ A. }9 b! p: k1 T  Y. |
實(shí)驗(yàn)測試主要關(guān)注電感電流波形和一些其他初步判斷方法。4 Q1 d' p! E, _5 S! P

  b9 x  s( Q( ^% T/ ^# ?- V 1 u9 W6 k& U1 @' @# d

0 O! x8 w+ Q1 G2 U0 P+ j% B下面就一一介紹這些方法。
' {$ V& [( W/ Y3 X' n0 q, W計算磁通密度
9 x) J  n& s3 o. R& p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。. R# ^. d! B0 w, ~3 x
! G: a! Q" b, t7 `- ~5 [

- z3 u) X- @: h+ j有了這些材料,我們就能根據(jù)實(shí)際設(shè)計情況來計算最大磁通密度,公式如下:" n% A+ ^: }' d4 G& R3 c
# d$ h- l: e& U0 u, I; E" b- b
3 B0 }: v( B$ V! C
實(shí)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。) p. l2 h0 A# V8 q# t
計算最大電感電流0 ~8 Z% Y( S3 V4 o' z, L
此方法適用于直接利用成品電感來設(shè)計電路。9 p+ c. Q2 O2 @: F
不同的電路拓?fù)鋵﹄姼须娏饔嬎阌胁煌墓健?br />   z# |6 e' c+ i' x  I: F5 _, d" V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。
& G3 R% t* T: ]3 B7 R: N) M& q! q) @
" r# z1 L2 _( H8 H7 ]) V9 S3 R  n/ s1 W
通過電感電流波形判斷
' F. k' V1 d9 }此方法也是工程實(shí)際中最常見和最實(shí)用的的方法。% J; z; u9 l- C( P4 I# ^
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。0 y6 u1 M) N- c0 N
# m' m! V/ h5 M/ M' {! o5 H; q- r, m
/ @2 @  u4 {5 a0 n
我們在工程實(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。
+ R2 p/ H: f$ L" _) Y+ n下面是在MP2145 Demo板上實(shí)測波形,可以看到飽和后有明顯的畸變,與仿真結(jié)果一致。: m) `) k7 Y! s9 V
' Y( N7 a  v) K+ B, ~
( g. @; k4 L3 Q
測量電感是否異常升溫,聽是否有異常嘯叫
0 U9 F* j: g0 r! M7 s. J, R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,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。
9 P3 r8 I9 j' f/ a# B+ Q0 q
8 g: w, i, M; }$ f3 w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。8 N/ R, y2 r. p4 h

7 K" R+ Y2 D( ]
& J% Q; |/ t8 @! w0 K1 w3 R3 w聲明:/ O( \9 \! l" p3 w# d
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