Alguns consells per jutjar la saturació de la inductància

La inductància és una part important de l'alimentació de CC/CC. Hi ha molts factors a tenir en compte a l'hora d'escollir un inductor, com ara el valor de la inductància, el DCR, la mida i el corrent de saturació. Les característiques de saturació dels inductors sovint es malinterpreten i causen problemes. Aquest article tractarà com la inductància arriba a la saturació, com la saturació afecta el circuit i el mètode per detectar la saturació de la inductància. 

Causes de saturació d'inductància

Primer, enteneu intuïtivament què és la saturació d'inductància, tal com es mostra a la Figura 1:

Figura 1

Sabem que quan passa un corrent a través de la bobina de la Figura 1, la bobina generarà un camp magnètic;

El nucli magnètic es magnetitzarà sota l'acció del camp magnètic i els dominis magnètics interns giraran lentament.

Quan el nucli magnètic està completament magnetitzat, la direcció del domini magnètic és la mateixa que la del camp magnètic, fins i tot si s'augmenta el camp magnètic extern, el nucli magnètic no té cap domini magnètic que pugui girar i la inductància entra en un estat saturat.

Des d'un altre punt de vista, a la corba de magnetització que es mostra a la Figura 2, la relació entre la densitat de flux magnètic B i la intensitat del camp magnètic H compleix la fórmula de la dreta a la Figura 2:

Quan la densitat de flux magnètic arriba a Bm, la densitat de flux magnètic ja no augmenta significativament amb l'augment de la intensitat del camp magnètic i la inductància arriba a la saturació.

De la relació entre la inductància i la permeabilitat µ, podem veure:

Quan la inductància està saturada, els µm es reduiran considerablement i, finalment, la inductància es reduirà considerablement i es perdrà la capacitat de suprimir el corrent.

Figura 2

Consells per determinar la saturació de la inductància

Hi ha algun consell per jutjar la saturació de la inductància en aplicacions pràctiques?

Es pot resumir en dues categories principals: càlcul teòric i proves experimentals.

☆El càlcul teòric pot començar a partir de la densitat de flux magnètic màxima i el corrent d'inductància màxim.

☆La prova experimental se centra principalment en la forma d'ona del corrent d'inductància i alguns altres mètodes de judici preliminar.

Aquests mètodes es descriuen a continuació.

Calcula la densitat de flux magnètic

Aquest mètode és adequat per dissenyar inductància utilitzant un nucli magnètic. Els paràmetres del nucli inclouen la longitud del circuit magnètic le, l'àrea efectiva Ae, etc. El tipus de nucli magnètic també determina el grau de material magnètic corresponent, i el material magnètic fa les provisions corresponents sobre la pèrdua del nucli magnètic i la densitat de flux magnètic de saturació.

Amb aquests materials, podem calcular la densitat de flux magnètic màxima segons la situació de disseny real, de la manera següent:

A la pràctica, el càlcul es pot simplificar, utilitzant ui en lloc d'ur; Finalment, en comparació amb la densitat de flux de saturació del material magnètic, podem jutjar si la inductància dissenyada té el risc de saturació.

Calcula el corrent d'inductància màxim

Aquest mètode és adequat per dissenyar circuits directament utilitzant inductors acabats.

Diferents topologies de circuits tenen diferents fórmules per calcular el corrent d'inductància.

Preneu com a exemple el xip Buck MP2145, es pot calcular segons la fórmula següent i el resultat calculat es pot comparar amb el valor d'especificació de la inductància per determinar si la inductància estarà saturada.

A jutjar per la forma d'ona del corrent inductiu

Aquest mètode és també el més comú i pràctic en la pràctica de l'enginyeria.

Prenent com a exemple l'MP2145, s'utilitza l'eina de simulació MPSmart. A partir de la forma d'ona de la simulació, es pot veure que quan l'inductor no està saturat, el corrent de l'inductor és una ona triangular amb un cert pendent. Quan l'inductor està saturat, la forma d'ona del corrent de l'inductor tindrà una distorsió evident, causada per la disminució de la inductància després de la saturació.

En la pràctica d'enginyeria, podem observar si hi ha distorsió de la forma d'ona del corrent d'inductància basant-nos en això per jutjar si la inductància està saturada.

A continuació es mostra la forma d'ona mesurada a la placa de demostració MP2145. Es pot veure que hi ha una distorsió evident després de la saturació, cosa que és coherent amb els resultats de la simulació.

Mesureu si la inductància s'ha escalfat anormalment i escolteu si hi ha xiulets anormals.

Hi ha moltes situacions en la pràctica d'enginyeria, potser no coneixem el tipus exacte de nucli, és difícil conèixer la mida del corrent de saturació de la inductància i, de vegades, no és convenient provar el corrent d'inductància; En aquest moment, també podem determinar preliminarment si s'ha produït una saturació mesurant si la inductància té un augment de temperatura anormal o escoltant si hi ha un crit anormal.

Aquí s'han presentat alguns consells per determinar la saturació de la inductància. Espero que us hagin estat útils.