Indukčnosť je dôležitou súčasťou DC/DC napájania. Pri výbere induktora je potrebné zvážiť mnoho faktorov, ako napríklad hodnotu indukčnosti, DCR, veľkosť a saturačný prúd. Saturačné charakteristiky induktorov sú často nesprávne chápané a spôsobujú problémy. Tento článok sa bude zaoberať tým, ako indukčnosť dosahuje saturáciu, ako saturácia ovplyvňuje obvod a metódou detekcie saturácie indukčnosti.
Príčiny saturácie indukčnosti
Najprv intuitívne pochopte, čo je saturácia indukčnosti, ako je znázornené na obrázku 1:
Obrázok 1
Vieme, že keď cievkou na obrázku 1 prechádza prúd, cievka vygeneruje magnetické pole;
Magnetické jadro bude zmagnetizované pôsobením magnetického poľa a vnútorné magnetické domény sa budú pomaly otáčať.
Keď je magnetické jadro úplne zmagnetizované, smer magnetickej domény je rovnaký ako smer magnetického poľa, a aj keď sa vonkajšie magnetické pole zvýši, magnetické jadro nemá žiadnu magnetickú doménu, ktorá by sa mohla otáčať, a indukčnosť vstupuje do nasýteného stavu.
Z iného pohľadu, v magnetizačnej krivke znázornenej na obrázku 2, vzťah medzi hustotou magnetického toku B a silou magnetického poľa H zodpovedá vzorcu vpravo na obrázku 2:
Keď hustota magnetického toku dosiahne hodnotu Bm, hustota magnetického toku sa už so zvyšujúcou sa intenzitou magnetického poľa výrazne nezvyšuje a indukčnosť dosiahne saturáciu.
Zo vzťahu medzi indukčnosťou a permeabilitou µ vidíme:
Keď je indukčnosť nasýtená, hodnota v µm sa výrazne zníži a nakoniec sa výrazne zníži aj indukčnosť a stratí sa schopnosť potlačiť prúd.
Obrázok 2
Tipy na určenie saturácie indukčnosti
Existujú nejaké tipy na posúdenie saturácie indukčnosti v praktických aplikáciách?
Dá sa to zhrnúť do dvoch hlavných kategórií: teoretické výpočty a experimentálne testovanie.
☆Teoretický výpočet môže vychádzať z maximálnej hustoty magnetického toku a maximálneho indukčného prúdu.
☆Experimentálny test sa zameriava hlavne na priebeh indukčného prúdu a niektoré ďalšie metódy predbežného posúdenia.
Tieto metódy sú opísané nižšie.
Vypočítajte hustotu magnetického toku
Táto metóda je vhodná na návrh indukčnosti pomocou magnetického jadra. Parametre jadra zahŕňajú dĺžku magnetického obvodu le, efektívnu plochu Ae atď. Typ magnetického jadra tiež určuje zodpovedajúci druh magnetického materiálu a magnetický materiál prijíma zodpovedajúce opatrenia týkajúce sa strát magnetického jadra a hustoty magnetického toku pri nasýtení.
S týmito materiálmi môžeme vypočítať maximálnu hustotu magnetického toku podľa skutočnej konštrukčnej situácie takto:
V praxi sa výpočet dá zjednodušiť použitím ui namiesto ur; Nakoniec, v porovnaní s hustotou saturačného toku magnetického materiálu, môžeme posúdiť, či je navrhnutá indukčnosť vystavená riziku saturácie.
Vypočítajte maximálny indukčný prúd
Táto metóda je vhodná na navrhovanie obvodov priamo s použitím hotových induktorov.
Rôzne topológie obvodov majú rôzne vzorce na výpočet indukčného prúdu.
Vezmime si ako príklad Buckov čip MP2145, ktorý sa dá vypočítať podľa nasledujúceho vzorca a vypočítaný výsledok sa dá porovnať s hodnotou špecifikovanej indukčnosti, aby sa určilo, či bude indukčnosť saturovaná.
Súdiac podľa tvaru vlny indukčného prúdu
Táto metóda je tiež najbežnejšou a najpraktickejšou metódou v inžinierskej praxi.
Ako príklad bol použitý simulačný nástroj MPSmart na simuláciu obvodu MP2145. Zo simulačného priebehu je zrejmé, že keď cievka nie je nasýtená, prúd cievky má trojuholníkový priebeh s určitým sklonom. Keď je cievka nasýtená, priebeh prúdu cievky bude mať zjavné skreslenie, ktoré je spôsobené poklesom indukčnosti po saturácii.
V inžinierskej praxi môžeme na základe toho pozorovať, či existuje skreslenie priebehu indukčného prúdu, a posúdiť, či je indukčnosť nasýtená.
Nižšie je uvedený nameraný priebeh na doske Demo MP2145. Je vidieť, že po saturácii je zjavné skreslenie, čo je v súlade s výsledkami simulácie.
Zmerajte, či sa indukčnosť abnormálne zahrieva a počúvajte abnormálne pískanie
V inžinierskej praxi existuje veľa situácií, kedy nemusíme poznať presný typ jadra, je ťažké poznať veľkosť saturačného prúdu indukčnosti a niekedy nie je vhodné testovať indukčný prúd; v tomto prípade môžeme tiež predbežne určiť, či došlo k saturácii, meraním, či indukčnosť má abnormálny nárast teploty, alebo počúvaním, či sa vyskytuje abnormálny hluk.
Tu bolo uvedených niekoľko tipov na určenie saturácie indukčnosti. Dúfam, že to bolo užitočné.
Čas uverejnenia: 7. júla 2023
