Induktans är en viktig del av DC/DC-strömförsörjning. Det finns många faktorer att beakta när man väljer en induktor, såsom induktansvärde, DCR, storlek och mättnadsström. Induktorernas mättnadsegenskaper missförstås ofta och orsakar problem. Denna artikel kommer att diskutera hur induktansen når mättnad, hur mättnad påverkar kretsen och metoden för att detektera induktansmättnad.
Induktansmättnad orsakar
Först, förstå intuitivt vad induktansmättnad är, som visas i figur 1:
Figur 1
Vi vet att när en ström passerar genom spolen i figur 1, kommer spolen att generera ett magnetfält;
Den magnetiska kärnan kommer att magnetiseras under inverkan av magnetfältet, och de interna magnetiska domänerna kommer att långsamt rotera.
När magnetkärnan är helt magnetiserad är magnetdomänens riktning densamma som magnetfältets, även om det externa magnetfältet ökar har magnetkärnan ingen magnetisk domän som kan rotera, och induktansen går in i ett mättat tillstånd.
Ur en annan synvinkel, i magnetiseringskurvan som visas i figur 2, uppfyller förhållandet mellan magnetisk flödestäthet B och magnetfältstyrka H formeln till höger i figur 2:
När den magnetiska flödestätheten når Bm, ökar den inte längre signifikant med ökningen av magnetfältets intensitet, och induktansen når mättnad.
Från sambandet mellan induktans och permeabilitet µ kan vi se:
När induktansen är mättad kommer µm att minska kraftigt, och så småningom kommer induktansen att minska kraftigt och förmågan att undertrycka strömmen kommer att gå förlorad.
Figur 2
Tips för att bestämma induktansmättnad
Finns det några tips för att bedöma induktansmättnad i praktiska tillämpningar?
Det kan sammanfattas i två huvudkategorier: teoretisk beräkning och experimentell testning.
☆Den teoretiska beräkningen kan utgå från den maximala magnetiska flödestätheten och den maximala induktansströmmen.
☆Det experimentella testet fokuserar huvudsakligen på induktansströmmens vågform och några andra preliminära bedömningsmetoder.
Dessa metoder beskrivs nedan.
Beräkna den magnetiska flödestätheten
Denna metod är lämplig för att designa induktans med hjälp av en magnetkärna. Kärnparametrar inkluderar magnetkretsens längd le, effektiv area Ae och så vidare. Typen av magnetkärna bestämmer också motsvarande magnetiska materialkvalitet, och det magnetiska materialet har motsvarande bestämmelser om magnetkärnans förlust och mättnadsmagnetisk flödestäthet.
Med dessa material kan vi beräkna den maximala magnetiska flödestätheten enligt den faktiska konstruktionssituationen enligt följande:
I praktiken kan beräkningen förenklas genom att använda ui istället för ur; Slutligen, jämfört med mättnadsflödestätheten hos det magnetiska materialet, kan vi bedöma om den designade induktansen har risk för mättning.
Beräkna den maximala induktansströmmen
Denna metod är lämplig för att designa kretsar direkt med hjälp av färdiga induktorer.
Olika kretstopologier har olika formler för att beräkna induktansströmmen.
Ta Buck-chipet MP2145 som exempel, det kan beräknas enligt följande formel, och det beräknade resultatet kan jämföras med induktansens specifikationsvärde för att avgöra om induktansen kommer att vara mättad.
Att döma av induktiv strömvågform
Denna metod är också den vanligaste och mest praktiska metoden inom ingenjörskonst.
Om vi tar MP2145 som exempel, används MPSmart-simuleringsverktyget för simulering. Från simuleringsvågformen kan man se att när induktorn inte är mättad, är induktorströmmen en triangulär våg med en viss lutning. När induktorn är mättad kommer induktorströmmens vågform att ha en tydlig distorsion, vilket orsakas av minskningen av induktansen efter mättning.
I ingenjörspraktik kan vi observera om det finns en distorsion av induktansströmmens vågform baserat på detta för att bedöma om induktansen är mättad.
Nedan visas den uppmätta vågformen på MP2145-demokortet. Det framgår att det finns en tydlig distorsion efter mättnad, vilket överensstämmer med simuleringsresultaten.
Mät om induktansen är onormalt uppvärmd och lyssna efter onormalt visslande ljud.
Det finns många situationer inom ingenjörskonst där vi kanske inte vet den exakta kärntypen, det är svårt att veta induktansens mättningsströms storlek, och ibland är det inte bekvämt att testa induktansströmmen. Vid denna tidpunkt kan vi också preliminärt avgöra om mättning har inträffat genom att mäta om induktansen har en onormal temperaturökning, eller lyssna på om det finns ett onormalt skrik.
Några tips för att bestämma induktansens mättnad har presenterats här. Jag hoppas att det var till hjälp.
Publiceringstid: 7 juli 2023
