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判斷電感飽和的幾個小竅門

凡億PCB ? 來源:MPS芯源系統 ? 作者:MPS芯源系統 ? 2021-10-09 10:57 ? 次閱讀
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Q:攻城獅朋友們,如果讓你用2秒鐘的時間找出一塊主板上所有的DC/DC電源,你能做到么?

A:

沒錯,找電感就對了!

電感作為DC/DC電源的地標級器件,你對其了解有多深?電感很敏感,設計需謹慎。而電感飽和是電感工作時最大的雷區。電感為何會飽和?如何判斷電感發生飽和?本期電源小課堂將為您深入剖析。

MPS 電源小課堂

第三話 :判斷電感飽和的幾個小竅門

一。 電感飽和的原因

1

我們知道當圖1線圈中通過電流時,線圈會產生磁場;

磁芯在磁場的作用下會被磁化,其內部磁疇會慢慢旋轉;

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。

2

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:

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。

由電感與磁導率μ的關系式可知:

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。

圖2

二。 判斷電感飽和的訣竅Q:在實際應用中有沒有判斷電感飽和的訣竅呢?

A:可以總結為兩大類:理論計算和實驗測試。

理論計算可從最大磁通密度和最大電感電流入手;

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。

下面就一一介紹這些方法。

方法1:計算磁通密度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定。

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:

8fff9f80-214b-11ec-82a8-dac502259ad0.png

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。

方法2:計算最大電感電流

此方法適用于直接利用成品電感來設計電路。

不同的電路拓撲對電感電流計算有不同的公式。

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格值相比較就能判斷電感是否會飽和。

方法3:通過電感電流波形來判斷電感是否飽和

此方法也是工程實際中最常見和最實用的的方法。

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。

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。

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。

方法4:測量電感是否異常溫升,聽是否有異常嘯叫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生了飽和。

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。

責任編輯:haq

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原文標題:電感飽和的幾種判斷方法

文章出處:【微信號:FANYPCB,微信公眾號:凡億PCB】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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