L'induttanza è una componente importante dell'alimentazione CC/CC. Ci sono molti fattori da considerare nella scelta di un induttore, come il valore dell'induttanza, la corrente continua (DCR), le dimensioni e la corrente di saturazione. Le caratteristiche di saturazione degli induttori sono spesso fraintese e causano problemi. Questo articolo discuterà come l'induttanza raggiunge la saturazione, come la saturazione influisce sul circuito e il metodo per rilevare la saturazione dell'induttanza.
Cause di saturazione dell'induttanza
Per prima cosa, bisogna comprendere intuitivamente cos'è la saturazione dell'induttanza, come mostrato nella Figura 1:
Figura 1
Sappiamo che quando una corrente passa attraverso la bobina nella Figura 1, la bobina genera un campo magnetico;
Il nucleo magnetico verrà magnetizzato sotto l'azione del campo magnetico e i domini magnetici interni ruoteranno lentamente.
Quando il nucleo magnetico è completamente magnetizzato, la direzione del dominio magnetico è la stessa del campo magnetico; anche se il campo magnetico esterno aumenta, il nucleo magnetico non ha alcun dominio magnetico che possa ruotare e l'induttanza entra in uno stato di saturazione.
Da un altro punto di vista, nella curva di magnetizzazione mostrata nella Figura 2, la relazione tra la densità del flusso magnetico B e l'intensità del campo magnetico H soddisfa la formula sulla destra nella Figura 2:
Quando la densità del flusso magnetico raggiunge Bm, la densità del flusso magnetico non aumenta più in modo significativo con l'aumento dell'intensità del campo magnetico e l'induttanza raggiunge la saturazione.
Dalla relazione tra induttanza e permeabilità µ, possiamo vedere:
Quando l'induttanza è satura, i µm si riducono notevolmente e, col tempo, anche l'induttanza si riduce notevolmente e si perde la capacità di sopprimere la corrente.
Figura 2
Suggerimenti per determinare la saturazione dell'induttanza
Esistono suggerimenti per valutare la saturazione dell'induttanza nelle applicazioni pratiche?
Può essere riassunto in due categorie principali: calcolo teorico e test sperimentali.
☆Il calcolo teorico può partire dalla massima densità di flusso magnetico e dalla massima corrente di induttanza.
☆Il test sperimentale si concentra principalmente sulla forma d'onda della corrente di induttanza e su alcuni altri metodi di valutazione preliminare.
Questi metodi sono descritti di seguito.
Calcola la densità del flusso magnetico
Questo metodo è adatto per la progettazione dell'induttanza utilizzando un nucleo magnetico. I parametri del nucleo includono la lunghezza del circuito magnetico le, l'area efficace Ae e così via. Il tipo di nucleo magnetico determina anche la qualità del materiale magnetico corrispondente, e il materiale magnetico fornisce le opportune disposizioni sulla perdita del nucleo magnetico e sulla densità di flusso magnetico di saturazione.
Con questi materiali possiamo calcolare la densità massima del flusso magnetico in base alla situazione di progetto effettiva, come segue:
In pratica, il calcolo può essere semplificato, utilizzando ui invece di ur; Infine, confrontando la densità del flusso di saturazione del materiale magnetico, possiamo valutare se l'induttanza progettata presenta il rischio di saturazione.
Calcola la corrente di induttanza massima
Questo metodo è adatto per progettare direttamente il circuito utilizzando induttori finiti.
Le diverse topologie dei circuiti hanno formule diverse per calcolare la corrente di induttanza.
Prendiamo come esempio il chip Buck MP2145: può essere calcolato secondo la seguente formula e il risultato calcolato può essere confrontato con il valore di specifica dell'induttanza per determinare se l'induttanza sarà saturata.
A giudicare dalla forma d'onda della corrente induttiva
Questo metodo è anche il più comune e pratico nella pratica ingegneristica.
Prendendo come esempio MP2145, viene utilizzato lo strumento di simulazione MPSmart. Dalla forma d'onda della simulazione, si può osservare che quando l'induttore non è saturo, la corrente dell'induttore è un'onda triangolare con una certa pendenza. Quando l'induttore è saturo, la forma d'onda della corrente dell'induttore presenterà un'evidente distorsione, causata dalla diminuzione dell'induttanza dopo la saturazione.
Nella pratica ingegneristica, possiamo osservare se c'è una distorsione della forma d'onda della corrente di induttanza in base a questo, per giudicare se l'induttanza è satura.
Di seguito è riportata la forma d'onda misurata sulla scheda demo MP2145. Si può notare un'evidente distorsione dopo la saturazione, coerente con i risultati della simulazione.
Misurare se l'induttanza è riscaldata in modo anomalo e ascoltare eventuali fischi anomali
Nella pratica ingegneristica ci sono molte situazioni in cui potremmo non conoscere il tipo esatto di nucleo, è difficile conoscere la dimensione della corrente di saturazione dell'induttanza e talvolta non è conveniente testare la corrente dell'induttanza; in questo momento, possiamo anche determinare in via preliminare se si è verificata una saturazione misurando se l'induttanza presenta un aumento di temperatura anomalo o ascoltando se si verifica un urlo anomalo.
Qui di seguito sono riportati alcuni suggerimenti per determinare la saturazione dell'induttanza. Spero che siano stati utili.
Data di pubblicazione: 07-07-2023
