Några tips för att bedöma induktansmättnad

Induktans är en viktig del av DC/DC-strömförsörjningen.Det finns många faktorer att ta hänsyn till när du 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 långsamt att rotera.

När den magnetiska kärnan är helt magnetiserad är riktningen för den magnetiska domänen densamma som magnetfältet, även om det externa magnetfältet ökas, har den magnetiska kärnan 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 magnetiska flödestätheten inte längre signifikant med ökningen av magnetfältets intensitet, och induktansen når mättnad.

Från förhållandet 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 främst på induktansströmvågformen och några andra preliminära bedömningsmetoder.

Dessa metoder beskrivs nedan.

Beräkna den magnetiska flödestätheten

Denna metod är lämplig för att designa induktans med hjälp av magnetisk kärna.Kärnparametrar inkluderar magnetisk kretslängd le, effektiv area Ae och så vidare.Typen av magnetisk kärna bestämmer också motsvarande magnetiska materialkvalitet, och det magnetiska materialet gör motsvarande bestämmelser om förlusten av den magnetiska kärnan och mättnadsmagnetisk flödestäthet.

Med dessa material kan vi beräkna den maximala magnetiska flödestätheten enligt den faktiska designsituationen, enligt följande:

I praktiken kan beräkningen förenklas genom att använda ui istället för ur;Slutligen, jämfört med det magnetiska materialets mättnadsflödestäthet, kan vi bedöma om den designade induktansen har risk för mättnad.

Beräkna den maximala induktansströmmen

Denna metod är lämplig för att designa kretsar direkt genom att använda färdiga induktorer.

Olika kretstopologier har olika formler för beräkning av induktansström.

Ta Buck chip MP2145 som ett exempel, det kan beräknas enligt följande formel, och det beräknade resultatet kan jämföras med induktansspecifikationens värde 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 ingenjörspraktik.

Med 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 induktorns strömvågform att ha en uppenbar distorsion, som orsakas av minskningen av induktansen efter mättnad.

I ingenjörspraktik kan vi observera om det finns distorsion av induktansströmvågformen baserat på detta för att bedöma om induktansen är mättad.

Nedan är den uppmätta vågformen på MP2145-demokortet.Det kan ses att det finns uppenbar distorsion efter mättnad, vilket överensstämmer med simuleringsresultaten.

Mät om induktansen är onormalt uppvärmd och lyssna efter onormal vissling

Det finns många situationer i ingenjörspraktik, vi kanske inte känner till den exakta kärntypen, det är svårt att veta storleken på induktansmättnadsströmmen, och ibland är det inte bekvämt att testa induktansströmmen;Vid denna tidpunkt kan vi också preliminärt avgöra om mättnad har inträffat genom att mäta om induktansen har en onormal temperaturhöjning, eller lyssna på om det finns ett onormalt skrik.

Några tips för att bestämma induktansmättnad har introducerats här.Jag hoppas att det var till hjälp.