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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) |倒序?yàn)g覽 |閱讀模式
! H, j# v4 m) {! b8 |) r! u
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6 F' x* y% e' T* O. O4 H. }+ T0 C7 Z: H8 j# R& M) c! p! @9 b
電感飽和的原因
9 K3 _& @* @; o& X. ?先直觀的認(rèn)識(shí)下什么是電感飽和,如圖1:+ F+ X+ M# ]+ V, C' |9 v

- e, w- O* ~, f- l圖1
* V6 p+ L- B+ H( C7 j4 }" ]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);: u# c4 w7 M' N+ }
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);3 L8 v1 S3 X9 c& p- A3 N5 b4 T
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)。( b  L! z3 f5 O# P/ F% C* x$ [
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:
8 @* Z3 I' \( o7 w: [9 y5 P# z0 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。
9 u# _6 q' E3 e+ s* T5 s/ ?
由電感與磁導(dǎo)率μ的關(guān)系式可知:, {: x/ ~5 O6 |' i
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。
9 x6 s7 c, }) w( {) y1 M; b5 `2 E/ p

& s) t& Q/ P. [0 A2 u! L/ `
/ a0 }" b0 q5 c' A- m& l圖2
6 |6 Z8 d) j" Y( x
4 j7 s/ Z- A$ U判斷電感飽和的訣竅2 A: x5 I) \  e
在實(shí)際應(yīng)用中有沒有判斷電感飽和的訣竅呢?
" _; f- U& _" @4 d, k, z3 X5 Y+ V可以總結(jié)為兩大類:理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)試。2 m9 y: r' U1 z- W/ C
理論計(jì)算可從最大磁通密度和最大電感電流入手;
6 Q: W1 [+ C7 r% D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。
6 Z( |7 c5 q1 U! R5 _5 q
4 H& m8 O, u; ~3 B- q' s; x
. m2 f6 d& ]* Y3 {
! R5 {6 ]2 G/ H+ T
下面就一一介紹這些方法。4 J+ \2 [% s' e) F: T4 J
計(jì)算磁通密度. A7 X2 ?' ?; B) V, s1 y: n
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。; H5 o+ Z& v* O7 T$ @+ U- s

" \$ w& Q' W" o$ g+ G4 S! p4 M9 V6 x
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:; B6 \4 O: H" {

; O. {; x8 V% {9 V0 w% b4 D$ h- N9 q9 g6 U# l, W6 K
實(shí)際中可簡化計(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)。# |2 b7 C0 e" l2 b) M( ?. E9 ^
計(jì)算最大電感電流
/ C$ X7 q6 K0 s# l0 d0 b% w7 k此方法適用于直接利用成品電感來設(shè)計(jì)電路。2 e  a% O# ~- ~; q5 m# v% Y
不同的電路拓?fù)鋵?duì)電感電流計(jì)算有不同的公式。5 }) i9 T6 f% ~8 Q; K7 l1 Z
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。
: y! T3 j/ |  G9 W - X: @* d! {& }* o$ [9 ?* K

5 G; e/ k; ~+ f5 j通過電感電流波形判斷
) _% l6 d1 ~) p此方法也是工程實(shí)際中最常見和最實(shí)用的的方法。5 a# f( _5 h4 G4 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(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。
# Q! t# r% I4 `6 s" ~0 n" m ' p0 b& Y- P" R" F! c$ s
/ y; S! A" O/ J$ l
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。
7 n9 U# l* x. y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。, E* {, j3 r' k( o. U
  |/ U  h# D8 D2 f: V0 y8 L" S
2 q+ a2 d# U! C" x
測(cè)量電感是否異常升溫,聽是否有異常嘯叫
7 @9 J) a+ e+ V1 ~! _2 @, B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。
) Q$ t! @  a! b. B : e1 @' [6 q# a. C+ ?
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。
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- k; i. B6 n) X5 n聲明:. Z, Q$ g9 P( j: g2 N: ]& A
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