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電感飽和的原因
3 Y0 \7 O; X- d( w! q先直觀的認(rèn)識下什么是電感飽和,如圖1:$ e2 v, _3 F& Q _3 ^' i
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5 v; H# { s U% R$ d. D0 [( i
圖1
9 M- s; D0 ~5 N o3 F8 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;( N" ]/ @) u% _$ I) C% y
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);
' z" k. [9 O" {; u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)。% R, I1 n. M7 f1 q) O
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:/ d1 Y# Q0 W+ H9 o
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。
) _4 O: t, G% h" o) v/ f; K由電感與磁導(dǎo)率μ的關(guān)系式可知:
5 i5 ]2 ^" H4 ]/ F0 _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。
) W. y/ A" Z' @* D: m$ P6 R- S* e' I% B! N& ?
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- Z H" q7 }: f: t' [+ n( e
圖2
! E8 t! u2 j+ R, n' C, S5 R! u8 |+ c0 ^ N- s% ^* M
判斷電感飽和的訣竅
) t) z! S1 I2 s/ S, Z在實(shí)際應(yīng)用中有沒有判斷電感飽和的訣竅呢?/ \* F" Q: J3 G* L. S% m
可以總結(jié)為兩大類:理論計算和實(shí)驗(yàn)測試。
: f/ h7 I3 ^0 M理論計算可從最大磁通密度和最大電感電流入手;
8 G: m4 i% ~. 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。/ }5 v% v4 ^" }9 O# c+ Z ]: X
9 N) a+ ^9 `1 W$ o/ ~# h1 d
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$ }+ Y/ o1 L8 S% W/ ?# g) a- Q$ r, A* [5 t7 G1 B
下面就一一介紹這些方法。
1 k+ q# q" f9 {) V: u% t計算磁通密度
2 D2 b1 r# u3 |8 r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。
" m+ R2 T0 Q2 m& c% |$ J
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8 n# S1 t+ l9 k' h+ A
" J6 P" u% N3 E- ^8 ^4 E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:0 d: a# C+ L; P9 j! V4 e ^" [
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# d: G. r. X- K7 T- j& y; n3 W
, x8 F, \' C$ g3 F5 R3 f9 Y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。6 ] |1 N+ u- b
計算最大電感電流
, K) B5 [- P8 Y- f* D' Z此方法適用于直接利用成品電感來設(shè)計電路。( a% M$ u: y+ v3 y
不同的電路拓?fù)鋵﹄姼须娏饔嬎阌胁煌墓健?font class="jammer">+ x0 U+ k" s8 M9 _. Q8 Y/ K$ @9 q6 R& O
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。
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6 O' N& l: u5 D
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通過電感電流波形判斷
& ~3 N6 X' ^+ g4 t; x" i此方法也是工程實(shí)際中最常見和最實(shí)用的的方法。
( T+ A' x- x% x2 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,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。4 _# `' {) l/ [, `& y x
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9 t# w; C) o g3 V2 ~
. d( v$ h9 Z# n D+ Y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。1 |" v" @) b* }$ y$ b# ]
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。8 G' \7 {& T6 l7 J% d
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測量電感是否異常升溫,聽是否有異常嘯叫
* b' F# R$ N I* L' G; R0 r2 \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。
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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。
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; M7 b2 X; ]6 x1 T' d/ i3 H. ]聲明:/ T3 Z4 q P9 W' U) \
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