電感飽和的原因
先直觀的認識下什么是電感飽和，如圖1:
圖1
• 我們知道當圖1線圈中通過電流時，線圈會產生磁場；
• 磁芯在磁場的作用下會被磁化，其內部磁疇會慢慢旋轉；
• 當磁芯被完全磁化時，磁疇方向全部和磁場一致，即使再增加外磁場，磁芯也沒有可以旋轉的磁疇了，此時的電感就進入了飽和狀態。
從另一個角度來看，如圖2所示的磁化曲線，磁通密度B與磁場強度H之間滿足圖2中右側公式：
• 當磁通密度達到Bm時，磁通密度不再隨磁場強度的增大而大幅度增大，此時電感達到飽和。
由電感與磁導率µ的關系式可知：
• 當電感飽和后，µ會大幅度減小，最終導致電感量大幅降低，失去抑制電流的能力。
圖2
判斷電感飽和的訣竅
在實際應用中有沒有判斷電感飽和的訣竅呢？
可以總結為兩大類：理論計算和實驗測試。
• 理論計算可從最大磁通密度和最大電感電流入手；
• 實驗測試主要關注電感電流波形和一些其他初步判斷方法。
下面就一一介紹這些方法。
計算磁通密度
此方法適用于利用磁芯來設計電感的場景。磁芯參數包括磁路長度le，有效面積Ae等。磁芯的型號還決定了相應的磁材牌號，磁材對磁芯損耗，飽和磁通密度等做了相應規定。
有了這些材料，我們就能根據實際設計情況來計算最大磁通密度，公式如下：
實際中可簡化計算，用ui來代替ur；最后與磁材飽和磁通密度相比較，就能判斷設計的電感是否有飽和的風險。
計算最大電感電流
此方法適用于直接利用成品電感來設計電路。
不同的電路拓撲對電感電流計算有不同的公式。
以Buck芯片MP2145為例，可以按照如下公式計算，將計算結果電感規格值相比較就能判斷電感是否會飽和。
通過電感電流波形判斷
此方法也是工程實際中最常見和最實用的的方法。
還是以MP2145為例，使用MPSmart仿真工具進行仿真，從仿真波形可以知道，當電感沒有飽和時，電感電流是一個斜率一定的三角波，當電感飽和時電感電流波形會有一個明顯畸變，這是由于飽和后感量降低造成的。
我們在工程實際中就可以基于此觀察電感電流波形是否存在畸變，來判斷電感是否飽和。
下面是在MP2145 Demo板上實測波形，可以看到飽和后有明顯的畸變，與仿真結果一致。
測量電感是否異常升溫，聽是否有異常嘯叫
在工程實際中還有很多情況，我們可能不能準確知道磁芯型號，也很難知道電感飽和電流大小，有時候也不能方便的測試電感電流；這時候我們還可以通過測量電感是否有異常溫升，或者聽是否有異常嘯叫等手段來初步判斷是否發生了飽和。
到此判斷電感飽和的幾個小訣竅已經介紹完了。希望對大家有所幫助。 |
