Indukčnost je důležitou součástí stejnosměrného napájení. Při výběru cívky je třeba zvážit mnoho faktorů, jako je hodnota indukčnosti, DCR, velikost a saturační proud. Saturační charakteristiky cívek jsou často mylně chápány a způsobují problémy. Tento článek se bude zabývat tím, jak indukčnost dosahuje saturace, jak saturace ovlivňuje obvod a metodou detekce saturace indukčnosti.
Příčiny saturace indukčnosti
Nejprve intuitivně pochopte, co je saturace indukčnosti, jak je znázorněno na obrázku 1:
Obrázek 1
Víme, že když cívkou na obrázku 1 prochází proud, cívka generuje magnetické pole;
Magnetické jádro bude zmagnetizováno působením magnetického pole a vnitřní magnetické domény se budou pomalu otáčet.
Když je magnetické jádro zcela zmagnetizované, směr magnetické domény je stejný jako směr magnetického pole, a i když se vnější magnetické pole zvýší, magnetické jádro nemá žádnou magnetickou doménu, která by se mohla otáčet, a indukčnost vstupuje do nasyceného stavu.
Z jiného úhlu pohledu, v magnetizační křivce znázorněné na obrázku 2, vztah mezi hustotou magnetického toku B a intenzitou magnetického pole H odpovídá vzorci vpravo na obrázku 2:
Když hustota magnetického toku dosáhne hodnoty Bm, hustota magnetického toku se již s rostoucí intenzitou magnetického pole významně nezvyšuje a indukčnost dosáhne saturace.
Ze vztahu mezi indukčností a permeabilitou µ vidíme:
Když je indukčnost nasycená, hodnota v µm se výrazně sníží a nakonec se indukčnost výrazně sníží a schopnost potlačit proud se ztratí.
Obrázek 2
Tipy pro určení saturace indukčnosti
Existují nějaké tipy pro posouzení nasycení indukčnosti v praktických aplikacích?
Lze to shrnout do dvou hlavních kategorií: teoretické výpočty a experimentální testování.
☆Teoretický výpočet může vycházet z maximální hustoty magnetického toku a maximálního indukčního proudu.
☆Experimentální test se zaměřuje hlavně na průběh indukčního proudu a některé další metody předběžného posouzení.
Tyto metody jsou popsány níže.
Vypočítejte hustotu magnetického toku
Tato metoda je vhodná pro návrh indukčnosti pomocí magnetického jádra. Mezi parametry jádra patří délka magnetického obvodu le, efektivní plocha Ae atd. Typ magnetického jádra také určuje odpovídající druh magnetického materiálu a magnetický materiál stanoví odpovídající požadavky na ztráty magnetického jádra a hustotu magnetického toku při nasycení.
S těmito materiály můžeme vypočítat maximální hustotu magnetického toku podle skutečné konstrukční situace takto:
V praxi lze výpočet zjednodušit použitím ui místo ur; nakonec, ve srovnání s hustotou saturačního magnetického toku magnetického materiálu, můžeme posoudit, zda je navržená indukčnost ohrožena saturací.
Vypočítejte maximální indukční proud
Tato metoda je vhodná pro návrh obvodů přímo s použitím hotových induktorů.
Různé topologie obvodů mají různé vzorce pro výpočet indukčního proudu.
Vezměte si jako příklad Buckův čip MP2145, který lze vypočítat podle následujícího vzorce a vypočítaný výsledek lze porovnat s hodnotou specifikace indukčnosti, aby se určilo, zda bude indukčnost saturovaná.
Soudě podle tvaru vlny indukčního proudu
Tato metoda je také nejběžnější a nejpraktičtější metodou v inženýrské praxi.
Jako příklad byl použit simulační nástroj MPSmart, který byl použit na simulaci obvodu MP2145. Ze simulačního průběhu je patrné, že když cívka není nasycená, proud cívkou má trojúhelníkový tvar s určitým sklonem. Když je cívka nasycená, průběh proudu cívkou bude mít zřetelné zkreslení, které je způsobeno poklesem indukčnosti po saturaci.
V inženýrské praxi můžeme na základě toho pozorovat, zda dochází ke zkreslení průběhu indukčního proudu, a posoudit, zda je indukčnost saturovaná.
Níže je uveden naměřený průběh na demo desce MP2145. Je vidět, že po saturaci dochází k zjevnému zkreslení, což je v souladu s výsledky simulace.
Změřte, zda se indukčnost abnormálně zahřívá, a poslouchejte abnormální pískání.
V inženýrské praxi existuje mnoho situací, kdy nemusíme znát přesný typ jádra, je obtížné znát velikost saturačního proudu indukčnosti a někdy není vhodné indukční proud testovat; v tomto případě můžeme také předběžně určit, zda došlo k saturaci, změřením, zda indukčnost abnormálně stoupá teplota, nebo poslechem, zda se neobjevuje abnormální pípání.
Zde bylo představeno několik tipů pro určení nasycení indukčnosti. Doufám, že to bylo užitečné.
Čas zveřejnění: 7. července 2023
