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電感飽和的幾種判斷方法

時間：2021-08-19 15:09:13
關鍵字： 電感   
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[導讀]▼點擊下方名片，關注公眾號▼來源：MPS芯源系統(tǒng)，排版：曉宇微信公眾號：芯片之家（ID：chiphome-dy）Q:攻城獅朋友們，如果讓你用2秒鐘的時間找出一塊主板上所有的DC/DC電源，你能做到么？A:?沒錯，找電感就對了！電感作為DC/DC電源的地標級器件，你對其了解有多深？...

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來源：MPS芯源系統(tǒng)，排版：曉宇

微信公眾號：芯片之家（ID：chiphome-dy）

Q:攻城獅朋友們，如果讓你用2秒鐘的時間找出一塊主板上所有的DC/DC電源，你能做到么？
A:?沒錯，找電感就對了！



電感作為DC/DC電源的地標級器件，

你對其了解有多深？

電感很敏感，設計需謹慎。

而電感飽和是電感工作時最大的雷區(qū)。

電感為何會飽和？

如何判斷電感發(fā)生飽和？

本期電源小課堂將為您深入剖析。


MPS 電源小課堂

第三話 ：判斷電感飽和的幾個小竅門












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視頻文字部分



一. 電感飽和的原因
1
先直觀的認識下什么是電感飽和，如圖1:

圖1


  • 我們知道當圖1線圈中通過電流時，線圈會產生磁場；

  • 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)。



2
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。

圖2




二. 判斷電感飽和的訣竅Q:在實際應用中有沒有判斷電感飽和的訣竅呢？
A: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。



下面就一一介紹這些方法。


方法1：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。

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：

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。


方法2：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。


方法3：通過電感電流波形來判斷電感是否飽和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。

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。


方法4：測量電感是否異常溫升，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。



到此判斷電感飽和的幾個小訣竅已經介紹完了。希望對大家有所幫助。




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