La inductancia es un componente importante de las fuentes de alimentación CC/CC. Hay muchos factores a considerar al elegir un inductor, como su valor, la DCR, el tamaño y la corriente de saturación. Las características de saturación de los inductores suelen malinterpretarse y causar problemas. Este artículo analizará cómo la inductancia alcanza la saturación, cómo afecta la saturación al circuito y el método para detectarla.
Causas de saturación de la inductancia
Primero, comprenda intuitivamente qué es la saturación de inductancia, como se muestra en la Figura 1:
Figura 1
Sabemos que cuando pasa una corriente a través de la bobina de la Figura 1, la bobina generará un campo magnético;
El núcleo magnético se magnetizará bajo la acción del campo magnético y los dominios magnéticos internos girarán lentamente.
Cuando el núcleo magnético está completamente magnetizado, la dirección del dominio magnético es la misma que la del campo magnético, incluso si aumenta el campo magnético externo, el núcleo magnético no tiene dominio magnético que pueda girar y la inductancia entra en un estado saturado.
Desde otro punto de vista, en la curva de magnetización mostrada en la Figura 2, la relación entre la densidad de flujo magnético B y la intensidad del campo magnético H cumple la fórmula de la derecha en la Figura 2:
Cuando la densidad de flujo magnético alcanza Bm, la densidad de flujo magnético ya no aumenta significativamente con el aumento de la intensidad del campo magnético y la inductancia alcanza la saturación.
De la relación entre la inductancia y la permeabilidad µ, podemos ver:
Cuando la inductancia está saturada, el µm se reducirá considerablemente y, finalmente, la inductancia se reducirá considerablemente y se perderá la capacidad de suprimir la corriente.
Figura 2
Consejos para determinar la saturación de la inductancia
¿Existen consejos para evaluar la saturación de la inductancia en aplicaciones prácticas?
Se puede resumir en dos categorías principales: cálculo teórico y pruebas experimentales.
☆El cálculo teórico puede partir de la densidad de flujo magnético máxima y de la corriente de inductancia máxima.
☆La prueba experimental se centra principalmente en la forma de onda de la corriente de inductancia y algunos otros métodos de evaluación preliminar.
Estos métodos se describen a continuación.
Calcular la densidad de flujo magnético
Este método es adecuado para diseñar inductancias con núcleo magnético. Los parámetros del núcleo incluyen la longitud del circuito magnético (le), el área efectiva (Ae), etc. El tipo de núcleo magnético también determina la calidad del material magnético, y este último tiene en cuenta la pérdida del núcleo magnético y la densidad de flujo magnético de saturación.
Con estos materiales, podemos calcular la densidad máxima de flujo magnético según la situación de diseño real, de la siguiente manera:
En la práctica, el cálculo se puede simplificar, utilizando ui en lugar de ur; finalmente, en comparación con la densidad de flujo de saturación del material magnético, podemos juzgar si la inductancia diseñada tiene riesgo de saturación.
Calcular la corriente de inductancia máxima
Este método es adecuado para diseñar circuitos directamente utilizando inductores terminados.
Diferentes topologías de circuitos tienen diferentes fórmulas para calcular la corriente de inductancia.
Tomemos como ejemplo el chip Buck MP2145, se puede calcular de acuerdo con la siguiente fórmula y el resultado calculado se puede comparar con el valor de especificación de inductancia para determinar si la inductancia se saturará.
A juzgar por la forma de onda de la corriente inductiva
Este método es también el más común y práctico en la práctica de la ingeniería.
Tomando como ejemplo el MP2145, se utiliza la herramienta de simulación MPSmart. La forma de onda de la simulación muestra que, cuando el inductor no está saturado, la corriente del inductor es una onda triangular con cierta pendiente. Cuando el inductor está saturado, la forma de onda de la corriente del inductor presenta una distorsión evidente, causada por la disminución de la inductancia tras la saturación.
En la práctica de ingeniería, podemos observar si hay distorsión en la forma de onda de la corriente de inductancia en función de esto para juzgar si la inductancia está saturada.
A continuación se muestra la forma de onda medida en la placa de demostración MP2145. Se observa una distorsión evidente después de la saturación, lo cual coincide con los resultados de la simulación.
Mida si la inductancia está anormalmente calentada y escuche si hay silbidos anormales.
Hay muchas situaciones en la práctica de la ingeniería, es posible que no sepamos el tipo de núcleo exacto, es difícil saber el tamaño de la corriente de saturación de la inductancia y, a veces, no es conveniente probar la corriente de inductancia; En este momento, también podemos determinar preliminarmente si se ha producido saturación midiendo si la inductancia tiene un aumento de temperatura anormal o escuchando si hay un grito anormal.
Aquí se presentan algunos consejos para determinar la saturación de la inductancia. Espero que les haya sido útil.
Hora de publicación: 07-jul-2023
