Индуктивность является важной частью источника питания постоянного/постоянного тока. При выборе индуктора следует учитывать множество факторов, таких как значение индуктивности, DCR, размер и ток насыщения. Характеристики насыщения катушек индуктивности часто неправильно понимаются и вызывают проблемы. В этой статье будет обсуждаться, как индуктивность достигает насыщения, как насыщение влияет на цепь и метод обнаружения насыщения индуктивности.
Причины насыщения индуктивности
Сначала интуитивно поймем, что такое насыщение индуктивности, как показано на рисунке 1:
Рисунок 1
Мы знаем, что когда ток проходит через катушку на рисунке 1, катушка генерирует магнитное поле;
Магнитный сердечник будет намагничиваться под действием магнитного поля, а внутренние магнитные домены будут медленно вращаться.
Когда магнитный сердечник полностью намагничен, направление магнитного домена такое же, как и магнитное поле, даже если внешнее магнитное поле увеличивается, магнитный сердечник не имеет магнитного домена, который может вращаться, и индуктивность переходит в состояние насыщения. .
С другой точки зрения, на кривой намагничивания, показанной на рисунке 2, взаимосвязь 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 уже не увеличивается существенно с увеличением напряженности магнитного поля, и индуктивность достигает насыщения.
Из связи между индуктивностью и проницаемостью µ мы можем увидеть:
Когда индуктивность насыщается, мкм будет значительно уменьшаться, и в конечном итоге индуктивность значительно уменьшится, и способность подавлять ток будет потеряна.
Рисунок 2
Советы по определению насыщения индуктивности
Есть ли какие-нибудь 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.
☆Экспериментальное испытание в основном сосредоточено на форме волны тока индуктивности и некоторых других методах предварительной оценки.
Эти методы описаны ниже.
Рассчитать плотность магнитного потока
Этот метод подходит для расчета индуктивности с использованием магнитопровода. К параметрам сердечника относятся длина магнитной цепи le, эффективная площадь Ae и т.д. Тип магнитного сердечника также определяет соответствующую марку магнитного материала, а магнитный материал обеспечивает соответствующие условия по потерям магнитного сердечника и плотности магнитного потока насыщения.
С помощью этих материалов мы можем рассчитать максимальную плотность магнитного потока в соответствии с фактической расчетной ситуацией следующим образом:
На практике расчет можно упростить, используя ui вместо ur; Наконец, по сравнению с плотностью потока насыщения магнитного материала мы можем судить, имеет ли расчетная индуктивность риск насыщения.
Рассчитать максимальный ток индуктивности
Этот метод подходит для проектирования цепей непосредственно с использованием готовых индукторов.
В разных топологиях схем используются разные формулы расчета тока индуктивности.
В качестве примера возьмем микросхему Buck MP2145. Его можно рассчитать по следующей формуле, а вычисленный результат можно сравнить со значением спецификации индуктивности, чтобы определить, будет ли индуктивность насыщаться.
Судя по форме сигнала индуктивного тока
Этот метод также является наиболее распространенным и практичным методом в инженерной практике.
На примере MP2145 для моделирования используется инструмент моделирования MPSmart. Из формы сигнала моделирования видно, что, когда индуктор не насыщен, ток индуктора представляет собой треугольную волну с определенным наклоном. Когда индуктор насыщен, форма волны тока индуктора будет иметь явное искажение, вызванное уменьшением индуктивности после насыщения.
В инженерной практике мы можем наблюдать, есть ли искажение формы тока индуктивности, и на основании этого судить о насыщении индуктивности.
Ниже приведена измеренная форма сигнала на демонстрационной плате MP2145. Видно, что после насыщения наблюдается очевидное искажение, что согласуется с результатами моделирования.
Измерьте, не нагревается ли индуктивность аномально, и прислушайтесь к необычному свисту.
В инженерной практике встречается множество ситуаций: мы можем не знать точный тип сердечника, трудно узнать величину тока насыщения индуктивности, а иногда неудобно проверять ток индуктивности; В это время мы также можем предварительно определить, произошло ли насыщение, измерив, нет ли у индуктивности аномального повышения температуры, или послушав, нет ли аномального крика.
Здесь было представлено несколько советов по определению насыщения индуктивности. Надеюсь, это было полезно.
Время публикации: 7 июля 2023 г.
