Inductantie is een belangrijk onderdeel van DC/DC-voedingen. Er zijn veel factoren waarmee rekening moet worden gehouden bij het kiezen van een inductor, zoals inductantiewaarde, DCR, grootte en verzadigingsstroom. De verzadigingskarakteristieken van inductoren worden vaak verkeerd begrepen en veroorzaken problemen. In dit artikel wordt besproken hoe de inductantie verzadiging bereikt, hoe verzadiging het circuit beïnvloedt en hoe inductantieverzadiging kan worden gedetecteerd.
Inductieverzadiging veroorzaakt
Begrijp eerst intuïtief wat inductieverzadiging is, zoals weergegeven in Figuur 1:
Figuur 1
We weten dat wanneer er stroom door de spoel in Figuur 1 gaat, de spoel een magnetisch veld zal genereren;
De magnetische kern wordt gemagnetiseerd onder invloed van het magnetische veld, en de interne magnetische domeinen zullen langzaam roteren.
Wanneer de magnetische kern volledig gemagnetiseerd is, is de richting van het magnetische domein gelijk aan het magnetische veld. Ook als het externe magnetische veld wordt vergroot, heeft de magnetische kern geen magnetisch domein dat kan roteren en gaat de inductie over in een verzadigde toestand.
Vanuit een ander gezichtspunt voldoet de relatie tussen de magnetische fluxdichtheid B en de magnetische veldsterkte H in de magnetisatiecurve in Figuur 2 aan de formule rechts in Figuur 2:
Wanneer de magnetische fluxdichtheid Bm bereikt, neemt de magnetische fluxdichtheid niet langer significant toe met de toename van de magnetische veldsterkte en bereikt de inductie verzadiging.
Uit de relatie tussen inductie en permeabiliteit µ kunnen we zien:
Wanneer de inductie verzadigd is, zal de µm sterk afnemen en uiteindelijk zal de inductie sterk afnemen en zal het vermogen om de stroom te onderdrukken verloren gaan.
Figuur 2
Tips voor het bepalen van inductieverzadiging
Zijn er tips voor het beoordelen van inductieverzadiging in praktische toepassingen?
Het kan worden samengevat in twee hoofdcategorieën: theoretische berekeningen en experimentele tests.
☆De theoretische berekening kan uitgaan van de maximale magnetische fluxdichtheid en de maximale inductiestroom.
☆De experimentele test richt zich hoofdzakelijk op de golfvorm van de inductiestroom en enkele andere voorlopige beoordelingsmethoden.
Deze methoden worden hieronder beschreven.
Bereken de magnetische fluxdichtheid
Deze methode is geschikt voor het ontwerpen van inductie met behulp van een magnetische kern. Kernparameters zijn onder andere de lengte van het magnetische circuit le, het effectieve oppervlak Ae, enzovoort. Het type magnetische kern bepaalt ook de bijbehorende magnetische materiaalkwaliteit, en het magnetische materiaal bepaalt de bijbehorende waarden voor het verlies van de magnetische kern en de verzadigingsdichtheid van de magnetische flux.
Met deze materialen kunnen we de maximale magnetische fluxdichtheid berekenen op basis van de werkelijke ontwerpsituatie, als volgt:
In de praktijk kan de berekening worden vereenvoudigd door ui in plaats van ur te gebruiken. Ten slotte kunnen we, door de verzadigingsfluxdichtheid van het magnetische materiaal te vergelijken, beoordelen of de ontworpen inductie het risico op verzadiging met zich meebrengt.
Bereken de maximale inductiestroom
Deze methode is geschikt voor het direct ontwerpen van schakelingen met behulp van afgewerkte inductoren.
Verschillende circuittopologieën hebben verschillende formules voor het berekenen van de inductiestroom.
Neem bijvoorbeeld de Buck-chip MP2145. Deze kan worden berekend volgens de volgende formule. Het berekende resultaat kan worden vergeleken met de specificatiewaarde van de inductantie om te bepalen of de inductantie verzadigd zal zijn.
Afgaande op de inductieve stroomgolfvorm
Deze methode is ook de meest voorkomende en praktische methode in de ingenieurspraktijk.
Met MP2145 als voorbeeld wordt de MPSmart-simulatietool gebruikt voor de simulatie. Uit de simulatiegolfvorm blijkt dat wanneer de spoel niet verzadigd is, de spoelstroom een driehoekige golf met een bepaalde helling is. Wanneer de spoel verzadigd is, zal de golfvorm van de spoelstroom een duidelijke vervorming vertonen, die wordt veroorzaakt door de afname van de inductantie na verzadiging.
In de praktijk van de techniek kunnen we op basis hiervan observeren of er sprake is van vervorming van de golfvorm van de inductiestroom en beoordelen of de inductie verzadigd is.
Hieronder ziet u de gemeten golfvorm op het MP2145 demoboard. Er is duidelijk vervorming te zien na verzadiging, wat overeenkomt met de simulatieresultaten.
Meet of de inductie abnormaal verhit is en luister naar abnormaal fluiten
In de praktijk van ingenieurs doen zich veel situaties voor, waarin we het exacte kerntype niet kennen, het moeilijk is om de grootte van de inductieverzadigingsstroom te bepalen en het soms niet handig is om de inductiestroom te testen. Op dit punt kunnen we ook voorlopig vaststellen of er verzadiging is opgetreden door te meten of de inductie een abnormale temperatuurstijging heeft, of door te luisteren naar een abnormale schreeuw.
Hier worden enkele tips gegeven voor het bepalen van de inductieverzadiging. Ik hoop dat het nuttig was.
Plaatsingstijd: 07-07-2023
