Індуктивність є важливою частиною джерела живлення постійного струму. Існує багато факторів, які слід враховувати при виборі індуктивності, таких як значення індуктивності, струм насичення, розмір та струм насичення. Характеристики насичення індуктивностей часто неправильно тлумачаться та спричиняють проблеми. У цій статті буде розглянуто, як індуктивність досягає насичення, як насичення впливає на схему та метод виявлення насичення індуктивності.
Причини насичення індуктивності
Спочатку інтуїтивно зрозумійте, що таке насичення індуктивності, як показано на рисунку 1:
Рисунок 1
Ми знаємо, що коли через котушку на рисунку 1 пропускається струм, котушка генеруватиме магнітне поле;
Магнітне ядро буде намагнічуватися під дією магнітного поля, а внутрішні магнітні домени будуть повільно обертатися.
Коли магнітне осердя повністю намагнічене, напрямок магнітного домену збігається з напрямком магнітного поля, навіть якщо зовнішнє магнітне поле збільшується, магнітне осердя не має магнітного домену, який може обертатися, а індуктивність переходить у насичений стан.
З іншої точки зору, на кривій намагнічування, показаній на рисунку 2, зв'язок між щільністю магнітного потоку B та напруженістю магнітного поля H відповідає формулі праворуч на рисунку 2:
Коли щільність магнітного потоку досягає Bm, щільність магнітного потоку більше не суттєво зростає зі збільшенням напруженості магнітного поля, а індуктивність досягає насичення.
Зі співвідношення між індуктивністю та проникністю µ ми бачимо:
Коли індуктивність насичується, мкм значно зменшується, і зрештою індуктивність значно зменшується, і здатність придушувати струм буде втрачена.
Рисунок 2
Поради щодо визначення насичення індуктивності
Чи є якісь поради щодо оцінки насичення індуктивності на практиці?
Його можна зведено до двох основних категорій: теоретичні розрахунки та експериментальні випробування.
☆Теоретичний розрахунок можна почати з максимальної щільності магнітного потоку та максимального струму індуктивності.
☆Експериментальне випробування в основному зосереджено на формі хвилі струму індуктивності та деяких інших методах попередньої оцінки.
Ці методи описані нижче.
Обчисліть щільність магнітного потоку
Цей метод підходить для проектування індуктивності з використанням магнітного осердя. Параметри осердя включають довжину магнітного кола le, ефективну площу Ae тощо. Тип магнітного осердя також визначає відповідний клас магнітного матеріалу, а магнітний матеріал враховує втрати магнітного осердя та щільність магнітного потоку насичення.
З цими матеріалами ми можемо розрахувати максимальну щільність магнітного потоку відповідно до фактичної проектної ситуації наступним чином:
На практиці розрахунок можна спростити, використовуючи ui замість ur; нарешті, порівнявши з щільністю потоку насичення магнітного матеріалу, можна судити, чи має розроблена індуктивність ризик насичення.
Обчисліть максимальний струм індуктивності
Цей метод підходить для проектування схем безпосередньо з використанням готових індуктивностей.
Різні топології схем мають різні формули для розрахунку струму індуктивності.
Візьмемо, наприклад, мікросхему Buck MP2145, її можна розрахувати за наступною формулою, а розрахований результат можна порівняти зі значенням індуктивності, зазначеним у специфікації, щоб визначити, чи буде індуктивність насичена.
Судячи з форми сигналу індуктивного струму
Цей метод також є найпоширенішим і практичним методом в інженерній практиці.
Взявши за приклад MP2145, для моделювання було використано інструмент моделювання MPSmart. З форми сигналу моделювання видно, що коли індуктивність не насичена, струм індуктивності має трикутну форму з певним нахилом. Коли індуктивність насичена, форма сигналу струму індуктивності матиме очевидне спотворення, спричинене зменшенням індуктивності після насичення.
В інженерній практиці ми можемо спостерігати, чи є спотворення форми сигналу струму індуктивності на основі цього, щоб судити про те, чи індуктивність насичена.
Нижче наведено виміряну форму сигналу на демонстраційній платі MP2145. Видно, що після насичення спостерігаються очевидні спотворення, що узгоджується з результатами моделювання.
Виміряйте, чи не нагрівається індуктивність аномально, та прослухайте наявність аномального свисту
У інженерній практиці трапляється багато ситуацій, коли ми можемо не знати точний тип осердя, важко визначити величину струму насичення індуктивності, а іноді незручно перевіряти струм індуктивності; у цей час ми також можемо попередньо визначити, чи відбулося насичення, вимірявши, чи має індуктивність аномальне підвищення температури, або прослухавши, чи є аномальний писк.
Тут було представлено кілька порад щодо визначення насичення індуктивності. Сподіваюся, вони були корисними.
Час публікації: 07 липня 2023 р.
