Alcuni suggerimenti per giudicare la saturazione dell'induttanza

L'induttanza è una parte importante dell'alimentazione CC/CC.Ci sono molti fattori da considerare quando si sceglie un induttore, come il valore di induttanza, DCR, dimensioni e corrente di saturazione.Le caratteristiche di saturazione degli induttori vengono spesso fraintese e causano problemi.Questo articolo discuterà di come l'induttanza raggiunge la saturazione, di come la saturazione influisce sul circuito e del metodo per rilevare la saturazione dell'induttanza. 

Cause della saturazione dell'induttanza

Innanzitutto, 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 genererà 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 un dominio magnetico che possa ruotare e l'induttanza entra in uno stato saturo .

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 a 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.

Dal rapporto tra induttanza e permeabilità µ si ricava:

Quando l'induttanza è satura, i µm saranno notevolmente ridotti e alla fine l'induttanza sarà notevolmente ridotta e la capacità di sopprimere la corrente andrà persa.

figura 2

Suggerimenti per determinare la saturazione dell'induttanza

Esistono suggerimenti per giudicare la saturazione dell'induttanza nelle applicazioni pratiche?

Può essere riassunto in due categorie principali: calcolo teorico e verifica sperimentale.

☆Il calcolo teorico può iniziare 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 giudizio preliminare.

Questi metodi sono descritti di seguito.

Calcolare la densità del flusso magnetico

Questo metodo è adatto per progettare induttanze utilizzando nuclei magnetici.I parametri principali includono la lunghezza del circuito magnetico le, l'area effettiva Ae e così via.Il tipo di nucleo magnetico determina anche il grado corrispondente del materiale magnetico e il materiale magnetico prevede disposizioni corrispondenti sulla perdita del nucleo magnetico e sulla densità del flusso magnetico di saturazione.

Con questi materiali possiamo calcolare la massima densità di flusso magnetico in base alla situazione di progetto reale, 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 giudicare se l'induttanza progettata presenta rischio di saturazione.

Calcolare la corrente di induttanza massima

Questo metodo è adatto per progettare direttamente il circuito utilizzando induttori finiti.

Diverse topologie di circuito hanno formule diverse per il calcolo della 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 della specifica di induttanza per determinare se l'induttanza sarà saturata.

A giudicare dalla forma d'onda della corrente induttiva

Questo metodo è anche il metodo più comune e pratico nella pratica ingegneristica.

Prendendo MP2145 come esempio, per la simulazione viene utilizzato lo strumento di simulazione MPSmart.Dalla forma d'onda della simulazione si può vedere che quando l'induttore non è saturo, la corrente nell'induttore è un'onda triangolare con una certa pendenza.Quando l'induttore è saturo, la forma d'onda della corrente dell'induttore avrà 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 ciò per giudicare se l'induttanza è saturata.

Di seguito è riportata la forma d'onda misurata sulla scheda demo MP2145.Si può vedere che c'è un'evidente distorsione dopo la saturazione, il che è coerente con i risultati della simulazione.

Misurare se l'induttanza è riscaldata in modo anomalo e ascoltare eventuali fischi anomali

Esistono molte situazioni nella pratica ingegneristica, potremmo non conoscere l'esatto tipo di nucleo, è difficile conoscere la dimensione della corrente di saturazione dell'induttanza e talvolta non è conveniente testare la corrente di induttanza;A questo punto possiamo anche determinare preliminarmente se si è verificata la saturazione misurando se l'induttanza ha un aumento anomalo della temperatura o ascoltando se si sente un grido anomalo.

Qui sono stati introdotti alcuni suggerimenti per determinare la saturazione dell'induttanza.Spero sia stato utile.