電感飽和的原因

先直觀(guān)的認識下什么是電感飽和，如圖1:

圖1

• 我們知道當圖1線(xiàn)圈中通過(guò)電流時(shí)，線(xiàn)圈會(huì )產(chǎn)生磁場(chǎng)；

• 磁芯在磁場(chǎng)的作用下會(huì )被磁化，其內部磁疇會(huì )慢慢旋轉；

• 當磁芯被完全磁化時(shí)，磁疇方向全部和磁場(chǎng)一致，即使再增加外磁場(chǎng)，磁芯也沒(méi)有可以旋轉的磁疇了，此時(shí)的電感就進(jìn)入了飽和狀態(tài)。

從另一個(gè)角度來(lái)看，如圖2所示的磁化曲線(xiàn)，磁通密度B與磁場(chǎng)強度H之間滿(mǎn)足圖2中右側公式：

• 當磁通密度達到Bm時(shí)，磁通密度不再隨磁場(chǎng)強度的增大而大幅度增大，此時(shí)電感達到飽和。

由電感與磁導率µ的關(guān)系式可知：

• 當電感飽和后，µ會(huì )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

判斷電感飽和的訣竅

在實(shí)際應用中有沒(méi)有判斷電感飽和的訣竅呢？

可以總結為兩大類(lèi)：理論計算和實(shí)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(shí)驗測試主要關(guān)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。

計算磁通密度

此方法適用于利用磁芯來(lái)設計電感的場(chǎng)景。磁芯參數包括磁路長(cháng)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定。

有了這些材料，我們就能根據實(shí)際設計情況來(lái)計算最大磁通密度，公式如下：

實(shí)際中可簡(jiǎn)化計算，用ui來(lái)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(fēng)險。

計算最大電感電流

此方法適用于直接利用成品電感來(lái)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，將計算結果電感規格值相比較就能判斷電感是否會(huì )飽和。

通過(guò)電感電流波形判斷

此方法也是工程實(shí)際中最常見(jiàn)和最實(shí)用的的方法。

還是以MP2145為例，使用MPSmart仿真工具進(jìn)行仿真，從仿真波形可以知道，當電感沒(méi)有飽和時(shí)，電感電流是一個(gè)斜率一定的三角波，當電感飽和時(shí)電感電流波形會(huì )有一個(gè)明顯畸變，這是由于飽和后感量降低造成的。

我們在工程實(shí)際中就可以基于此觀(guān)察電感電流波形是否存在畸變，來(lái)判斷電感是否飽和。

下面是在MP2145 Demo板上實(shí)測波形，可以看到飽和后有明顯的畸變，與仿真結果一致。

測量電感是否異常升溫，聽(tīng)是否有異常嘯叫

在工程實(shí)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(shí)候也不能方便的測試電感電流；這時(shí)候我們還可以通過(guò)測量電感是否有異常溫升，或者聽(tīng)是否有異常嘯叫等手段來(lái)初步判斷是否發(fā)生了飽和。

到此判斷電感飽和的幾個(gè)小訣竅已經(jīng)介紹完了。希望對大家有所幫助。