電感電流應該是電感最重要的參數了,電路設計必然會關注這個參數。然而,查看眾多的電感規格書手冊,有時也會把人搞懵,特別是對新手而言、為什么呢?
這是因為各家標注電流方式個不相同,有的廠家就只有一個額定電流,有的廠家會標兩個,一個是飽和電流,一個是溫升電流。還有的更為詳細,會標電流的典型值和最大值,但是奇怪的是典型值居然比最大值還大,也是無語。
為了理解這些內容,那我們就來看看飽和電流,溫升電流,額定電流分別指的是什么吧。
飽和電流 Isat
飽和電流 Isat 一般是指電感值相對于初始值衰減 30%(一些廠家是 10%,40%)的偏置電流。
飽和電流為什么會存在呢?
電感一般都含有磁芯,特別是功率電感,磁芯是存在磁飽和的。什么是磁飽和呢?由于磁芯材料自身的特性,其通過的磁通量是不可以無限增大的。通過一定體積導磁材料的磁通量大到一定數量將不再增加,不管你再增加電流或匝數,就達到磁飽和了。當電流已經使磁芯飽和,再增加電流,也基本不會再使磁通量增加,或者說增加很少,等同于空心電感的增量,因為飽和之后磁芯失去作用,等同于空心電感。電流增大,而磁通量不增加,那么電感阻礙電流的作用就沒有了,也就是說電感器失去了作用,這時的磁芯完全飽和。
當然我們并不會等到電感完全飽和。事實上,在電流比較小的時候,單位電流產生的磁通量與電流成正比,這個意思就說磁芯磁導率為常數。而隨著電流慢慢增大,單位電流的增加產生的磁通量的增量是下降的,也就是說隨著電流的增加磁導率是慢慢下降的,因此,電感的感量也下降。所以就有了前面的定義,電感量衰減到 30%(一些廠家是 10%,40%),我們就說電感飽和了。
還有個問題,飽和電流到底是有效值還是瞬間值呢?畢竟用于開關電源中,電感電流是直流上面疊加交流分量,并且交流分量還不小,這個必須得搞清楚。
飽和電流可以理解為瞬間值,因為電感的飽和的原因是因為磁芯飽和,只要電流達到一定值,就會使磁芯磁飽和,而不論你是什么時候達到。所以在電路設計中,一定不要讓電感的最大電流值(瞬間值)超過其飽和電流。
溫升電流 Irms
溫升電流,一般指電感自我溫升溫度不超過 40℃時的電流。
曾經有人問我,這個溫升電流對應的溫度,指的是電感內部的,還是指的外殼?這個問題我也沒找到答案,不過應該不影響我們進行電感選型。
如上圖,是順絡的某電感參數,可以看到,電感的工作溫度范圍是 -40 到+125℃,后面括號說明了是包含自我溫升的,所以,當電路工作環境溫度小于 125-40=85℃時,只要我們電感電流不超過溫升電流(此時溫升為 40 度,加上環境溫度,正好 125 度),那么就沒有問題,當然了,我們會留一些裕量。
估計又有人問了,那我環境溫度小于 85 度,那是不是就可以超過額定溫升電流 Irms 使用呢?
理論上超一點沒有問題,但是不建議,因為會有新的問題,超多少不會出現問題呢?沒有一個定值。并且,因為超過 Irms 之后,溫升隨電流增加上升很快的,如下圖示例所示:
這個曲線是順絡電感的電流與溫升的關系,可以看到,曲線類似是指數曲線,在溫升達到 40 度后,電流只要增加一點點,溫度就升高很多。
所以,建議不管環境溫度比 85℃低多少,都不要使電感電流超過溫升電流 Irms,這樣就萬無一失了。
同樣也有一個問題,這個溫升電流是有效值還是瞬間值呢?
答案是有效值。溫升電流,說的是使溫度上升到一定值的電流大小,這不就是有效值的定義么,其符號 rms 也說明了這一點。
額定電流 Irat
額定電流其實就是包含前面 2 個電流,飽和電流和溫升電流。
我們工作中溝通時為了方便,說額定電流是多少多少,其實就那兩個電流中的小者。有些規格書中只寫了一個電流,那么設計中就把這個電流當作額定電流來設計。
來到開篇的問題,為什么最大值比典型值要小?
這是因為,典型值指的是,電感生產出來后,這個電流上限參數平均是某個值,這個值就叫典型值。
而設計電路時,我們需要所用的所有電感,都能滿足要求,所以不能是典型值。而標注的 max 值,廠家是站在用戶的角度來說的,只要你設計不超過這個最大值,那么就 OK,所以其實是所有電感的電流值都比這個 max 值要大,自然 max 值要比平均值 type 要小了。
總結
1、電感的額定電流,包含飽和電流和溫升電流。
2、在電路設計中,電感的最大電流瞬間值不能超過飽和電流,電流有效值也不能超過溫升電流。一般情況下,需要留 20%-30%左右的裕量。
責任編輯人:CC
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