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干貨| 一文講清楚電感飽和

發(fā)布時間:2023-08-07作者:admin點擊:541

  先直觀的認識下什么是電感飽和,如圖1:

  

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  我們知道當圖1線圈中通過電流時,線圈會產(chǎn)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(tài)。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。

  

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  在實際應用中有沒有判斷電感飽和的訣竅呢?

  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。

  

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  下面就一一介紹這些方法。

  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(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的磁材牌號,磁材對磁芯損耗,飽和磁通密度等做了相應規(guī)定。

  

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  有了這些材料,我們就能根據(jù)實際設計情況來計算最大磁通密度,公式如下:

  

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  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。

  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(guī)格值相比較就能判斷電感是否會飽和。

  

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  通過電感電流波形判斷

  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。

  

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  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。

  

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  測量電感是否異常升溫,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(fā)生了飽和。

  

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