Индуктивността е важна част от DC/DC захранването. Има много фактори, които трябва да се вземат предвид при избора на индуктор, като например стойност на индуктивността, DCR, размер и ток на насищане. Характеристиките на насищане на индуктивните бобини често се тълкуват погрешно и причиняват проблеми. Тази статия ще обсъди как индуктивността достига насищане, как насищането влияе на веригата и метода за откриване на насищане на индуктивността.
Причини за насищане на индуктивността
Първо, интуитивно разберете какво е насищане на индуктивността, както е показано на Фигура 1:
Фигура 1
Знаем, че когато през бобината на Фигура 1 преминава ток, тя генерира магнитно поле;
Магнитното ядро ще се намагнетизира под действието на магнитното поле и вътрешните магнитни домени ще се въртят бавно.
Когато магнитното ядро е напълно намагнетизирано, посоката на магнитния домен е същата като магнитното поле, дори ако външното магнитно поле се увеличи, магнитното ядро няма магнитен домен, който може да се върти, а индуктивността влиза в наситено състояние.
От друга гледна точка, в кривата на намагнитване, показана на Фигура 2, връзката между плътността на магнитния поток B и силата на магнитното поле H отговаря на формулата вдясно на Фигура 2:
Когато плътността на магнитния поток достигне Bm, тя вече не се увеличава значително с увеличаването на интензитета на магнитното поле и индуктивността достига насищане.
От връзката между индуктивността и проницаемостта µ можем да видим:
Когато индуктивността е наситена, µm ще бъде значително намалена и в крайна сметка индуктивността ще бъде значително намалена и способността за потискане на тока ще бъде загубена.
Фигура 2
Съвети за определяне на насищането на индуктивността
Има ли някакви съвети за оценка на насищането на индуктивността в практически приложения?
Може да се обобщи в две основни категории: теоретични изчисления и експериментални тестове.
☆Теоретичното изчисление може да започне от максималната плътност на магнитния поток и максималния индуктивен ток.
☆Експерименталният тест се фокусира главно върху формата на вълната на индуктивния ток и някои други методи за предварителна оценка.
Тези методи са описани по-долу.
Изчислете плътността на магнитния поток
Този метод е подходящ за проектиране на индуктивност с помощта на магнитно ядро. Параметрите на ядрото включват дължина на магнитната верига le, ефективна площ Ae и т.н. Видът на магнитното ядро определя и съответния клас магнитен материал, а магнитният материал взема съответните мерки за загубите в магнитното ядро и плътността на магнитния поток при насищане.
С тези материали можем да изчислим максималната плътност на магнитния поток според действителната проектна ситуация, както следва:
На практика изчислението може да се опрости, като се използва ui вместо ur; Накрая, в сравнение с плътността на магнитния поток на насищане на магнитния материал, можем да преценим дали проектираната индуктивност е изложена на риск от насищане.
Изчислете максималния индуктивен ток
Този метод е подходящ за директно проектиране на електрически вериги с помощта на готови индуктори.
Различните топологии на веригите имат различни формули за изчисляване на индуктивния ток.
Вземете за пример чипа Buck MP2145, той може да се изчисли по следната формула и изчисленият резултат може да се сравни със стойността на спецификацията за индуктивност, за да се определи дали индуктивността ще бъде наситена.
Съдейки по формата на вълната на индуктивния ток
Този метод е и най-разпространеният и практичен метод в инженерната практика.
Вземайки MP2145 като пример, за симулация е използван инструментът за симулация MPSmart. От симулационната форма на вълната може да се види, че когато индукторът не е наситен, токът на индуктора е триъгълна вълна с определен наклон. Когато индукторът е наситен, формата на вълната на тока на индуктора ще има очевидно изкривяване, причинено от намаляването на индуктивността след насищане.
В инженерната практика можем да наблюдаваме дали има изкривяване на формата на вълната на индуктивния ток, въз основа на това, за да преценим дали индуктивността е наситена.
По-долу е показана измерената форма на вълната на демо платката MP2145. Вижда се, че има очевидно изкривяване след насищане, което е в съответствие с резултатите от симулацията.
Измерете дали индуктивността е необичайно нагрята и слушайте за необичайно свистене
В инженерната практика има много ситуации, в които може да не знаем точния тип на ядрото, трудно е да се определи размерът на тока на насищане на индуктивността и понякога не е удобно да се тества токът на индуктивността; в този случай можем предварително да определим дали е настъпило насищане, като измерим дали индуктивността има необичайно повишаване на температурата или като чуем дали има необичаен писък.
Тук са представени няколко съвета за определяне на насищането на индуктивността. Надявам се, че са били полезни.
Време на публикуване: 07 юли 2023 г.
