Indukcyjność jest ważną częścią zasilania DC/DC.Przy wyborze cewki indukcyjnej należy wziąć pod uwagę wiele czynników, takich jak wartość indukcyjności, DCR, rozmiar i prąd nasycenia.Charakterystyka nasycenia cewek indukcyjnych jest często źle rozumiana i powoduje problemy.W artykule omówiono, w jaki sposób indukcyjność osiąga stan nasycenia, jak nasycenie wpływa na obwód oraz metodę wykrywania nasycenia indukcyjności.
Przyczyny nasycenia indukcyjności
Najpierw intuicyjnie zrozum, czym jest nasycenie indukcyjności, jak pokazano na rysunku 1:
Rysunek 1
Wiemy, że gdy prąd przepływa przez cewkę pokazaną na rysunku 1, cewka wytwarza pole magnetyczne;
Rdzeń magnetyczny zostanie namagnesowany pod wpływem pola magnetycznego, a wewnętrzne domeny magnetyczne będą powoli się obracać.
Gdy rdzeń magnetyczny jest całkowicie namagnesowany, kierunek domeny magnetycznej jest taki sam jak pola magnetycznego, nawet jeśli zewnętrzne pole magnetyczne zostanie zwiększone, rdzeń magnetyczny nie ma domeny magnetycznej, która może się obracać, a indukcyjność przechodzi w stan nasycenia .
Z innego punktu widzenia na krzywej namagnesowania pokazanej na rysunku 2 zależność pomiędzy gęstością strumienia magnetycznego B i natężeniem pola magnetycznego H spełnia wzór po prawej stronie na rysunku 2:
Gdy gęstość strumienia magnetycznego osiągnie Bm, gęstość strumienia magnetycznego nie wzrasta już znacząco wraz ze wzrostem natężenia pola magnetycznego, a indukcyjność osiąga stan nasycenia.
Z zależności pomiędzy indukcyjnością i przepuszczalnością µ możemy zobaczyć:
Gdy indukcyjność zostanie nasycona, µm zostanie znacznie zmniejszona, a ostatecznie indukcyjność zostanie znacznie zmniejszona, a zdolność do tłumienia prądu zostanie utracona.
Rysunek 2
Wskazówki dotyczące określania nasycenia indukcyjności
Czy są jakieś wskazówki dotyczące oceny nasycenia indukcyjności w zastosowaniach praktycznych?
Można je podsumować w dwóch głównych kategoriach: obliczenia teoretyczne i testy eksperymentalne.
☆Obliczenia teoretyczne można rozpocząć od maksymalnej gęstości strumienia magnetycznego i maksymalnego prądu indukcyjności.
☆Test eksperymentalny koncentruje się głównie na przebiegu prądu indukcyjności i kilku innych metodach wstępnej oceny.
Metody te opisano poniżej.
Oblicz gęstość strumienia magnetycznego
Metoda ta nadaje się do projektowania indukcyjności z wykorzystaniem rdzenia magnetycznego.Parametry rdzenia obejmują długość obwodu magnetycznego le, powierzchnię efektywną Ae i tak dalej.Rodzaj rdzenia magnetycznego określa również odpowiedni gatunek materiału magnetycznego, a materiał magnetyczny zapewnia odpowiednie przepisy dotyczące utraty rdzenia magnetycznego i gęstości strumienia magnetycznego nasycenia.
Dzięki tym materiałom możemy obliczyć maksymalną gęstość strumienia magnetycznego zgodnie z rzeczywistą sytuacją projektową w następujący sposób:
W praktyce obliczenia można uprościć, używając ui zamiast ur;Wreszcie, w porównaniu z gęstością strumienia nasycenia materiału magnetycznego, możemy ocenić, czy zaprojektowana indukcyjność stwarza ryzyko nasycenia.
Oblicz maksymalny prąd indukcyjny
Metoda ta nadaje się do bezpośredniego projektowania obwodu przy użyciu gotowych cewek indukcyjnych.
Różne topologie obwodów mają różne wzory na obliczanie prądu indukcyjności.
Weźmy na przykład układ Buck MP2145, można go obliczyć według poniższego wzoru, a obliczony wynik można porównać z wartością specyfikacji indukcyjności, aby określić, czy indukcyjność będzie nasycona.
Sądząc po kształcie fali prądu indukcyjnego
Metoda ta jest jednocześnie najpowszechniejszą i najbardziej praktyczną metodą w praktyce inżynierskiej.
Biorąc za przykład MP2145, do symulacji wykorzystywane jest narzędzie symulacyjne MPSmart.Z przebiegu symulacyjnego widać, że gdy cewka nie jest nasycona, prąd cewki jest falą trójkątną o pewnym nachyleniu.Kiedy cewka jest nasycona, przebieg prądu cewki będzie miał oczywiste zniekształcenie, które jest spowodowane spadkiem indukcyjności po nasyceniu.
W praktyce inżynierskiej możemy na tej podstawie zaobserwować, czy występuje zniekształcenie kształtu fali prądu indukcyjności, aby ocenić, czy indukcyjność jest nasycona.
Poniżej znajduje się zmierzony przebieg na płycie demonstracyjnej MP2145.Można zauważyć, że po nasyceniu występuje wyraźne zniekształcenie, co jest zgodne z wynikami symulacji.
Zmierz, czy indukcyjność nie jest nadmiernie nagrzana i posłuchaj, czy nie występują nietypowe gwizdy
W praktyce inżynierskiej zdarza się wiele sytuacji, możemy nie znać dokładnego typu rdzenia, trudno jest poznać wielkość prądu nasycenia indukcyjności, a czasami nie jest wygodnie przetestować prąd indukcyjności;Na tym etapie możemy również wstępnie określić, czy nastąpiło nasycenie, mierząc, czy indukcyjność nie wykazuje nieprawidłowego wzrostu temperatury lub słuchając, czy występuje nietypowy krzyk.
Wprowadzono tutaj kilka wskazówek dotyczących określania nasycenia indukcyjności.Mam nadzieję, że było to pomocne.
Czas publikacji: 7 lipca 2023 r