糟糕！電感飽和了

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$ m  m; @1 V9 [6 g" T$ C9 z: c' i2 p% q電感飽和的原因
2 s# M* _  `" J9 Z* c) p先直觀的認(rèn)識下什么是電感飽和，如圖1:

圖1
我們知道當(dāng)圖1線圈中通過電流時(shí)，線圈會產(chǎn)生磁場；
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)；
+ j7 n2 r6 c- w8 I當(dāng)磁芯被完全磁化時(shí)，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(shí)的電感就進(jìn)入了飽和狀態(tài)。
從另一個(gè)角度來看，如圖2所示的磁化曲線，磁通密度B與磁場強(qiáng)度H之間滿足圖2中右側(cè)公式：
" R  t  c" k5 _* d當(dāng)磁通密度達(dá)到Bm時(shí)，磁通密度不再隨磁場強(qiáng)度的增大而大幅度增大，此時(shí)電感達(dá)到飽和。
由電感與磁導(dǎo)率μ的關(guān)系式可知：
1 D% s5 t+ X! n! W8 I- j* B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。

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圖2

判斷電感飽和的訣竅
在實(shí)際應(yīng)用中有沒有判斷電感飽和的訣竅呢？
; p3 z$ @0 K; y' }+ J可以總結(jié)為兩大類：理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測試。
1 e0 A. o3 _4 C& C/ p% i8 q$ S理論計(jì)算可從最大磁通密度和最大電感電流入手；
2 z5 C& g, p& _: S0 Q  J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。
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下面就一一介紹這些方法。
+ @+ k7 e. q% g5 W7 C* E計(jì)算磁通密度
& k! F: X- ^6 V+ v; e! {此方法適用于利用磁芯來設(shè)計(jì)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。
, M& L7 _& T, a- \

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：


+ @; k6 X8 V  \1 {# q8 w; 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)。
( N; r: b# I  @0 o計(jì)算最大電感電流
此方法適用于直接利用成品電感來設(shè)計(jì)電路。
不同的電路拓?fù)鋵﹄姼须娏饔?jì)算有不同的公式。
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飽和。


2 m# Q, {5 s& N# f4 J8 F7 M! [; [通過電感電流波形判斷
+ p* s5 p" r2 j' Z7 c- o  Y此方法也是工程實(shí)際中最常見和最實(shí)用的的方法。
2 p& @2 k& e4 m3 X8 t6 _# `' s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)電感電流波形會有一個(gè)明顯畸變，這是由于飽和后感量降低造成的。
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' L3 a$ F7 L$ D" D: q, o% L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。
7 q; B+ ~; _0 T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。


' S* x4 D$ a' C, ]& e測量電感是否異常升溫，聽是否有異常嘯叫
# _+ Z3 |! t( M" \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(shí)候也不能方便的測試電感電流；這時(shí)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。

到此判斷電感飽和的幾個(gè)小訣竅已經(jīng)介紹完了。希望對大家有所幫助。

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