Индуктивность — важная часть источника постоянного тока. При выборе дросселя необходимо учитывать множество факторов, таких как величина индуктивности, сопротивление постоянного тока (DCR), размер и ток насыщения. Характеристики насыщения дросселей часто неверно интерпретируются и вызывают проблемы. В данной статье рассматривается, как индуктивность достигает насыщения, как насыщение влияет на цепь, а также метод определения насыщения индуктивности.
Причины насыщения индуктивности
Во-первых, интуитивно поймите, что такое насыщение индуктивности, как показано на рисунке 1:
Рисунок 1
Мы знаем, что при пропускании тока через катушку на рисунке 1 катушка создает магнитное поле;
Под действием магнитного поля магнитное ядро будет намагничиваться, а внутренние магнитные домены будут медленно вращаться.
Когда магнитный сердечник полностью намагничивается, направление магнитного домена совпадает с направлением магнитного поля, даже если внешнее магнитное поле увеличивается, в магнитном сердечнике нет магнитного домена, который мог бы вращаться, и индуктивность входит в состояние насыщения.
С другой точки зрения, на кривой намагничивания, показанной на рисунке 2, соотношение между плотностью магнитного потока B и напряженностью магнитного поля H соответствует формуле справа на рисунке 2:
Когда плотность магнитного потока достигает Bm, плотность магнитного потока перестает существенно увеличиваться с ростом напряженности магнитного поля, и индуктивность достигает насыщения.
Из соотношения между индуктивностью и проницаемостью µ можно увидеть:
При насыщении индуктивности мкм значительно уменьшится, и в конечном итоге индуктивность значительно уменьшится, а способность подавлять ток будет утеряна.
Рисунок 2
Советы по определению насыщения индуктивности
Существуют ли какие-либо советы по оценке насыщения индуктивности в практических приложениях?
Его можно разделить на две основные категории: теоретические расчеты и экспериментальные испытания.
☆Теоретический расчет можно начать с максимальной плотности магнитного потока и максимального тока индуктивности.
☆Экспериментальные испытания в основном фокусируются на форме волны тока индуктивности и некоторых других методах предварительной оценки.
Эти методы описаны ниже.
Рассчитайте плотность магнитного потока
Данный метод подходит для проектирования индуктивности с использованием магнитопровода. Параметры сердечника включают длину магнитной цепи le, эффективную площадь Ae и т.д. Тип магнитопровода также определяет соответствующую марку магнитного материала, а магнитный материал, в свою очередь, влияет на потери в магнитопроводе и плотность магнитного потока насыщения.
Используя эти материалы, мы можем рассчитать максимальную плотность магнитного потока в соответствии с фактической проектной ситуацией следующим образом:
На практике расчет можно упростить, используя ui вместо ur; Наконец, сравнивая с плотностью потока насыщения магнитного материала, можно судить о том, имеет ли проектируемая индуктивность риск насыщения.
Рассчитать максимальный ток индуктивности
Данный метод подходит для проектирования схем непосредственно с использованием готовых индукторов.
Различные топологии цепей имеют разные формулы для расчета тока индуктивности.
Возьмем в качестве примера микросхему понижающего преобразователя MP2145. Ее можно рассчитать по следующей формуле, а рассчитанный результат можно сравнить со значением спецификации индуктивности, чтобы определить, будет ли индуктивность насыщена.
Судя по форме волны индуктивного тока
Этот метод также является наиболее распространенным и практичным методом в инженерной практике.
На примере MP2145 для моделирования используется инструмент MPSmart. Из формы сигнала моделирования видно, что при ненасыщенном индукторе ток в нём имеет треугольную форму с определённым наклоном. При насыщении индуктора форма сигнала тока в нём будет иметь заметные искажения, вызванные уменьшением индуктивности после насыщения.
В инженерной практике мы можем наблюдать, есть ли искажение формы тока индуктивности, и на основе этого судить о насыщении индуктивности.
Ниже представлена измеренная форма сигнала на демонстрационной плате MP2145. Видно, что после насыщения наблюдаются явные искажения, что согласуется с результатами моделирования.
Проверьте, не перегревается ли индуктивность, и прислушайтесь к необычному свисту.
В инженерной практике существует множество ситуаций, в которых мы можем не знать точный тип сердечника, сложно определить величину тока насыщения индуктивности, а иногда неудобно проверять ток индуктивности; в это время мы также можем предварительно определить, произошло ли насыщение, измерив, происходит ли аномальное повышение температуры индуктивности, или прослушав, есть ли аномальный визг.
Здесь я дал несколько советов по определению насыщения индуктивности. Надеюсь, они были полезны.
Время публикации: 07 июля 2023 г.
