Die Induktivität ist ein wichtiger Bestandteil der DC/DC-Stromversorgung. Bei der Auswahl eines Induktors sind viele Faktoren zu berücksichtigen, wie z. B. Induktivitätswert, DCR, Größe und Sättigungsstrom. Die Sättigungseigenschaften von Induktoren werden oft missverstanden und verursachen Probleme. In diesem Artikel wird erläutert, wie die Induktivität die Sättigung erreicht, wie sich die Sättigung auf die Schaltung auswirkt und wie die Induktivitätssättigung erkannt wird.
Induktivitätssättigung verursacht
Verstehen Sie zunächst intuitiv, was Induktivitätssättigung ist, wie in Abbildung 1 dargestellt:
Abbildung 1
Wir wissen, dass die Spule ein Magnetfeld erzeugt, wenn ein Strom durch die Spule in Abbildung 1 fließt.
Der Magnetkern wird unter der Wirkung des Magnetfelds magnetisiert und die inneren magnetischen Domänen drehen sich langsam.
Wenn der Magnetkern vollständig magnetisiert ist, stimmt die Richtung der magnetischen Domäne mit der des Magnetfelds überein. Selbst wenn das äußere Magnetfeld erhöht wird, hat der Magnetkern keine magnetische Domäne, die sich drehen kann, und die Induktivität geht in einen gesättigten Zustand über .
Aus einem anderen Blickwinkel betrachtet entspricht die Beziehung zwischen der magnetischen Flussdichte B und der magnetischen Feldstärke H in der in Abbildung 2 dargestellten Magnetisierungskurve der Formel rechts in Abbildung 2:
Wenn die magnetische Flussdichte Bm erreicht, steigt die magnetische Flussdichte mit zunehmender Magnetfeldstärke nicht mehr wesentlich an und die Induktivität erreicht die Sättigung.
Aus dem Zusammenhang zwischen Induktivität und Permeabilität µ können wir erkennen:
Wenn die Induktivität gesättigt ist, wird der µm-Wert stark reduziert, und schließlich wird die Induktivität stark reduziert und die Fähigkeit zur Unterdrückung des Stroms geht verloren.
Abbildung 2
Tipps zur Bestimmung der Induktivitätssättigung
Gibt es Tipps zur Beurteilung der Induktivitätssättigung in praktischen Anwendungen?
Es kann in zwei Hauptkategorien zusammengefasst werden: theoretische Berechnung und experimentelle Tests.
☆Die theoretische Berechnung kann von der maximalen magnetischen Flussdichte und dem maximalen Induktivitätsstrom ausgehen.
☆Der experimentelle Test konzentriert sich hauptsächlich auf die Wellenform des Induktivitätsstroms und einige andere vorläufige Beurteilungsmethoden.
Diese Methoden werden im Folgenden beschrieben.
Berechnen Sie die magnetische Flussdichte
Diese Methode eignet sich zum Entwurf einer Induktivität mit Magnetkern. Zu den Kernparametern gehören die Länge des Magnetkreises le, die effektive Fläche Ae usw. Die Art des Magnetkerns bestimmt auch die entsprechende Magnetmaterialsorte, und das Magnetmaterial trifft entsprechende Vorkehrungen für den Verlust des Magnetkerns und die magnetische Sättigungsflussdichte.
Mit diesen Materialien können wir die maximale magnetische Flussdichte entsprechend der tatsächlichen Konstruktionssituation wie folgt berechnen:
In der Praxis kann die Berechnung vereinfacht werden, indem ui anstelle von ur verwendet wird. Abschließend können wir anhand der Sättigungsflussdichte des magnetischen Materials beurteilen, ob bei der ausgelegten Induktivität das Risiko einer Sättigung besteht.
Berechnen Sie den maximalen Induktivitätsstrom
Diese Methode eignet sich zum direkten Entwurf von Schaltkreisen unter Verwendung fertiger Induktivitäten.
Unterschiedliche Schaltungstopologien haben unterschiedliche Formeln zur Berechnung des Induktivitätsstroms.
Nehmen Sie als Beispiel den Buck-Chip MP2145. Er kann gemäß der folgenden Formel berechnet und das berechnete Ergebnis mit dem Induktivitätsspezifikationswert verglichen werden, um zu bestimmen, ob die Induktivität gesättigt ist.
Gemessen an der Wellenform des induktiven Stroms
Diese Methode ist auch die gebräuchlichste und praktischste Methode in der Ingenieurpraxis.
Am Beispiel von MP2145 wird für die Simulation das MPSmart-Simulationstool verwendet. Aus der Simulationswellenform ist ersichtlich, dass der Induktorstrom eine Dreieckswelle mit einer bestimmten Steigung ist, wenn der Induktor nicht gesättigt ist. Wenn die Induktivität gesättigt ist, weist die Wellenform des Induktorstroms eine offensichtliche Verzerrung auf, die durch die Abnahme der Induktivität nach der Sättigung verursacht wird.
In der technischen Praxis können wir auf dieser Grundlage beobachten, ob eine Verzerrung der Wellenform des Induktivitätsstroms vorliegt, um zu beurteilen, ob die Induktivität gesättigt ist.
Unten sehen Sie die gemessene Wellenform auf der MP2145-Demoplatine. Es ist ersichtlich, dass nach der Sättigung eine deutliche Verzerrung auftritt, was mit den Simulationsergebnissen übereinstimmt.
Messen Sie, ob die Induktivität ungewöhnlich erhitzt ist, und achten Sie auf ungewöhnliches Pfeifen
In der technischen Praxis gibt es viele Situationen: Wir kennen möglicherweise nicht den genauen Kerntyp, es ist schwierig, die Größe des Induktivitätssättigungsstroms zu kennen, und manchmal ist es nicht bequem, den Induktivitätsstrom zu testen. Zu diesem Zeitpunkt können wir auch vorläufig feststellen, ob eine Sättigung aufgetreten ist, indem wir messen, ob die Induktivität einen abnormalen Temperaturanstieg aufweist, oder abhören, ob ein abnormaler Schrei zu hören ist.
Hier wurden einige Tipps zur Bestimmung der Induktivitätssättigung vorgestellt. Ich hoffe, es war hilfreich.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 07.07.2023
