Die Induktivität ist ein wichtiger Bestandteil der DC/DC-Stromversorgung. Bei der Auswahl einer Induktivität sind viele Faktoren zu berücksichtigen, wie z. B. Induktivitätswert, DCR, Größe und Sättigungsstrom. Die Sättigungseigenschaften von Induktivitäten 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 Sättigung der Induktivität erkannt wird.
Induktivitätssättigung verursacht
Verstehen Sie zunächst intuitiv, was Induktivitätssättigung ist, wie in Abbildung 1 dargestellt:
Abbildung 1
Wir wissen, dass die Spule in Abbildung 1 ein Magnetfeld erzeugt, wenn ein Strom durch sie fließt.
Der Magnetkern wird unter der Einwirkung des Magnetfelds magnetisiert und die inneren magnetischen Domänen rotieren langsam.
Wenn der Magnetkern vollständig magnetisiert ist, ist die Richtung der magnetischen Domäne dieselbe wie die des Magnetfelds. Selbst wenn das externe Magnetfeld verstärkt wird, hat der Magnetkern keine magnetische Domäne, die sich drehen kann, und die Induktivität geht in einen gesättigten Zustand über.
Aus einer anderen Perspektive betrachtet, erfüllt die Beziehung zwischen magnetischer Flussdichte B und magnetischer Feldstärke H in der in Abbildung 2 dargestellten Magnetisierungskurve die Formel rechts in Abbildung 2:
Wenn die magnetische Flussdichte Bm erreicht, steigt die magnetische Flussdichte mit zunehmender magnetischer Feldstärke nicht mehr signifikant an und die Induktivität erreicht die Sättigung.
Aus der Beziehung 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 Stromunterdrückung geht verloren.
Abbildung 2
Tipps zur Bestimmung der Induktivitätssättigung
Gibt es Tipps zur Beurteilung der Induktivitätssättigung in praktischen Anwendungen?
Es lässt sich in zwei Hauptkategorien zusammenfassen: theoretische Berechnung und experimentelle Prüfung.
☆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 unten beschrieben.
Berechnen Sie die magnetische Flussdichte
Diese Methode eignet sich für die Auslegung von Induktivitäten mithilfe eines Magnetkerns. Zu den Kernparametern gehören die Magnetkreislänge le, die effektive Fläche Ae usw. Der Typ des Magnetkerns bestimmt auch die entsprechende Magnetmaterialqualität, und das Magnetmaterial beeinflusst 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. Schließlich können wir anhand des Vergleichs mit der Sättigungsflussdichte des magnetischen Materials beurteilen, ob bei der entworfenen Induktivität das Risiko einer Sättigung besteht.
Berechnen Sie den maximalen Induktivitätsstrom
Diese Methode eignet sich für den direkten Entwurf von Schaltungen unter Verwendung fertiger Induktoren.
Für unterschiedliche Schaltungstopologien gibt es unterschiedliche Formeln zur Berechnung des Induktivitätsstroms.
Nehmen wir den Buck-Chip MP2145 als Beispiel. Er kann gemäß der folgenden Formel berechnet werden. Das berechnete Ergebnis kann mit dem Induktivitätsspezifikationswert verglichen werden, um festzustellen, ob die Induktivität gesättigt ist.
Beurteilung anhand der induktiven Stromwellenform
Dieses Verfahren ist auch in der Ingenieurpraxis das gebräuchlichste und praktikabelste Verfahren.
Am Beispiel des MP2145 wird das Simulationstool MPSmart zur Simulation verwendet. Aus der Simulationswellenform ist ersichtlich, dass der Induktorstrom eine Dreieckwelle mit einer bestimmten Steigung ist, wenn der Induktor nicht gesättigt ist. Bei gesättigtem Induktor weist die Wellenform des Induktorstroms eine deutliche Verzerrung auf, die durch die Abnahme der Induktivität nach der Sättigung verursacht wird.
In der technischen Praxis können wir anhand dieser Beobachtung feststellen, ob eine Verzerrung der Induktivitätsstromwellenform vorliegt, und 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 heiß ist und achten Sie auf ungewöhnliches Pfeifen
In der technischen Praxis gibt es viele Situationen, in denen wir den genauen Kerntyp möglicherweise nicht kennen, es schwierig ist, die Größe des Induktivitätssättigungsstroms zu kennen, und manchmal ist es nicht praktisch, 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 indem wir darauf achten, ob ein abnormales Schreien auftritt.
Hier wurden einige Tipps zur Bestimmung der Induktivitätssättigung vorgestellt. Ich hoffe, sie waren hilfreich.
Beitragszeit: 07.07.2023
