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電感飽和的原因
" x6 ]2 G- ^" A- r. y先直觀的認識下什么是電感飽和,如圖1:6 ?; M k4 P; k/ r4 h/ V
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! M, G# b) W: c" W
圖1, c4 [5 g$ i: T
我們知道當圖1線圈中通過電流時,線圈會產生磁場;6 `/ e) Y, Y" `1 n- | l5 X7 `
磁芯在磁場的作用下會被磁化,其內部磁疇會慢慢旋轉;& O# R' W) F9 T6 @ O/ u
當磁芯被完全磁化時,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的磁疇了,此時的電感就進入了飽和狀態(tài)。: d( p7 w2 W" b9 X& x1 G
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中右側公式:3 V6 |" Q- b2 h& u2 r) F
當磁通密度達到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。3 A0 X5 ^3 w1 u+ H) t
由電感與磁導率μ的關系式可知:5 z j5 i7 L5 `5 r
當電感飽和后,μ會大幅度減小,最終導致電感量大幅降低,失去抑制電流的能力。4 [3 F/ `/ J- [
, R" ^( Y1 j+ f. E
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圖29 W$ e9 s& Y+ B8 g! a& S. ?2 J0 i# k
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判斷電感飽和的訣竅
( `' T3 R# j/ @& M# b在實際應用中有沒有判斷電感飽和的訣竅呢?
' J, r/ O( w8 ]* q可以總結為兩大類:理論計算和實驗測試。/ Y% _# g0 R' ]
理論計算可從最大磁通密度和最大電感電流入手;) Y; n; V- n' t8 H6 Y: F. V# V
實驗測試主要關注電感電流波形和一些其他初步判斷方法。
$ a/ y7 O% Z7 k" M
1 U+ o* ?/ }- G, G- i5 v$ I
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1 L# _, `7 J$ w, z
" Y: _& p4 u- E
下面就一一介紹這些方法。
5 b4 b/ U7 s9 a* ~# k; J計算磁通密度
! Q4 L( e& b/ M6 E( o0 H/ ?: F此方法適用于利用磁芯來設計電感的場景。磁芯參數包括磁路長度le,有效面積Ae等。磁芯的型號還決定了相應的磁材牌號,磁材對磁芯損耗,飽和磁通密度等做了相應規(guī)定。$ c. D# R$ P$ Z/ G& Z
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! {- `; I" p7 w. e' e" ]/ V- l
- r2 j2 }" `+ Z& W {& A
有了這些材料,我們就能根據實際設計情況來計算最大磁通密度,公式如下:
! F$ u' d1 g; D
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) c4 }; t6 y' ^6 J+ R5 m# F- x u
% [7 V* I. q6 q% Q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,就能判斷設計的電感是否有飽和的風險。4 I1 O3 P* F: \4 ]( B w
計算最大電感電流$ j, _4 V: p% B- r4 t
此方法適用于直接利用成品電感來設計電路。& ` u) B* C2 G; n& g' s! z4 Q: h
不同的電路拓撲對電感電流計算有不同的公式。4 G% K+ Y/ N! L9 q( G9 u
以Buck芯片MP2145為例,可以按照如下公式計算,將計算結果與電感規(guī)格值相比較就能判斷電感是否會飽和。0 U% v: X7 D- _: b) Z( o
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' M0 l( e5 |* d1 n' T8 ~! i
5 d' E, d2 Z( ?1 l) z
通過電感電流波形判斷' S1 r1 d* i" U: ?/ R
此方法也是工程實際中最常見和最實用的的方法。6 U; ~; H! q' e1 L6 j+ p( v
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,當電感沒有飽和時,電感電流是一個斜率一定的三角波,當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。
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/ b4 }6 O7 V1 y- k
- I8 b# j: o4 l* e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。+ |; b7 k4 U- x4 t& Q6 i3 h* W
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,與仿真結果一致。& ^& o- n( t9 M$ l& C7 N3 w6 D
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; n6 j4 O5 {8 ?4 Q; e7 t: A( B$ j測量電感是否異常升溫,聽是否有異常嘯叫8 W9 x& Q4 G0 v+ q
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。
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* j& K9 [; ?! u; d2 A1 s# C# t
到此判斷電感飽和的幾個小訣竅已經介紹完了。希望對大家有所幫助。
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8 Z. f& m' M- i _' t3 X4 c2 T聲明:
3 \* E: l2 S i( P3 F- e% _9 C+ L2 ]聲明:文章來源網絡。本號對所有原創(chuàng)、轉載文章的陳述與觀點均保持中立,推送文章僅供讀者學習和交流。文章、圖片等版權歸原作者享有,如有侵權,聯系刪除。投稿/招聘/推廣/宣傳/技術咨詢 請加微信:woniu26a推薦閱讀▼
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