電感飽和電流Isat和溫升電流Irms及測(cè)量方法

1 電感分類(lèi)

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電感是三個(gè)最常用的無(wú)源元器件(電阻、電容)之一。電感在電路中主要作為儲(chǔ)能元件、在射頻電路中作為感性負(fù)載和噪聲濾波器元件。

電感分類(lèi)

2 電感技術(shù)指標(biāo)

電感的技術(shù)指標(biāo)主要包括電感量L，直流電阻DCR，飽和電流Isat和溫升電流Irms，自諧振頻率SRF和品質(zhì)因數(shù)Q等。

本文主要介紹電感的飽和電流Isat和溫升電流Irms。

2.1 飽和電流Isat

飽和電流Isat通常的定義為電感下降20%時(shí)對(duì)應(yīng)的電流值。當(dāng)流經(jīng)電感上的電流逐漸增大時(shí)，磁芯會(huì)進(jìn)入飽和狀態(tài)，電感值會(huì)下降。最后，當(dāng)磁芯完全飽和時(shí)，電感值會(huì)下降到相當(dāng)于空心繞線的很小的感值。另外需要注意的是，有的廠家會(huì)把飽和電流定義為電感量下降10%或30%對(duì)應(yīng)的電流值。

電感飽和電流Isat

從上圖可以看出，電感的飽和電流Isat為33A。

2.2 溫升電流Irms

溫升電流Irms通常定義為電感溫度上升40℃時(shí)對(duì)應(yīng)的電流值。當(dāng)電感工作時(shí)，尤其是功率電感，溫度會(huì)上升。溫度上升通常與電感消耗的能量大小相關(guān)，而能量又與電流的有效值相關(guān)，所以溫升電流通常被標(biāo)示為Irms。這里也要注意，有的廠家會(huì)分別給出電感溫度上升20℃和40℃時(shí)對(duì)應(yīng)的電流值。知名廠家一般會(huì)給出溫升電流曲線，便于設(shè)計(jì)者查閱。

電感溫升電流Irms

從上面的溫升電流曲線我們可以看出，此電感溫升20℃時(shí)溫升電流為32A左右,溫升40℃時(shí)電流為38.5A。

溫升電流的大小和曲線與實(shí)際測(cè)量的條件密切相關(guān)，國(guó)際上目前沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。常規(guī)做法是，將電感焊接到測(cè)試的電路板上進(jìn)行測(cè)量。那么電路板上的走線寬度，銅箔的厚度以及測(cè)試時(shí)間等因素都會(huì)影響最終的測(cè)試結(jié)果。

另外，電路板在實(shí)際使用中的環(huán)境因素，也會(huì)對(duì)電感性能產(chǎn)生比較的影響。假如電感靠近發(fā)熱量很大的器件如CPU或者散熱器，那么電感的溫升電流會(huì)相應(yīng)減小。如果是電感靠近通風(fēng)孔，溫升電流則會(huì)相應(yīng)加大。

所以，具體情況具體分析，數(shù)據(jù)手冊(cè)中的電感溫升電流只是參考值，最終效果還需要實(shí)際測(cè)量。

作為設(shè)計(jì)者，應(yīng)當(dāng)對(duì)電感的飽和電流Isat和溫升電流Irms有深刻的認(rèn)識(shí)，設(shè)計(jì)出來(lái)的系統(tǒng)性能和可靠性方面會(huì)比較有保障。

3 電感Isat測(cè)量

3.1 電感飽和電流Isat測(cè)量原理

當(dāng)電感兩端加上電壓，電感激磁，電感電流隨著時(shí)間線性增加: L*dt/dt=V 電感飽和時(shí)，L突然急劇變小，激磁電壓不變，那么，電感電流變化率di/dt會(huì)急劇變大： dt/dt=V/L 電感電流變化率di/dt急劇變大的拐點(diǎn)位置，即為電感的飽和電流。

3.2 電感或變壓器飽和電流的測(cè)量方法

電感或變壓器飽和電流Isat測(cè)量連線圖

1、用導(dǎo)線L1把直流電源的正端和電感的管腳A連接起來(lái)，也可以把導(dǎo)線L1的端點(diǎn)和電感的管腳A焊起來(lái)。

2、直流電源輸出電壓設(shè)定在10V，設(shè)定好直流電源的限流電流，可以先設(shè)定一個(gè)較小的值，比如1A。

3、將電流探頭連接在示波器的接口上，電流探頭的卡口端卡在導(dǎo)線L1上，注意電流探頭的方向，和測(cè)量的電流方向一致。

4、將導(dǎo)線L2的一端和和直流電源的負(fù)端連接好。

5、示波器調(diào)在電流探頭連接的通道觸發(fā)，觸發(fā)值調(diào)在較低的值，如0.2A;同時(shí)，示波器調(diào)在單次觸發(fā)。

6、按直流電源輸出鍵，輸出直流電壓;用手拿著導(dǎo)線L2的另一端，讓導(dǎo)線頭去觸碰電感的管腳B端，然后迅速拿開(kāi)導(dǎo)線L2，讓導(dǎo)線頭和電感的管腳B端脫離接觸。

7、適當(dāng)縮小時(shí)基，觀察示波器的波形，如果電感電流的波形后面變平，則增加直流電源的限流點(diǎn)，重復(fù)步驟5、步驟6，直到出現(xiàn)如圖2的電感電流波形。

8、測(cè)量電感電流波形的拐點(diǎn)位置，即約為電感的飽和電流。圖2中，拐點(diǎn)位置約為13A，電感的飽和電流約為13A。

時(shí)基(X軸)和電流刻度(Y軸)開(kāi)始的時(shí)候可以先設(shè)定大一些的值，然后，依據(jù)測(cè)量波形的情況，逐漸縮小到合適的范圍，保證能看到完整的電流波形即可。

電感的電流波形，L=10uH，Vin=10V

變壓器初級(jí)的飽和電流的測(cè)量過(guò)程同上，只是測(cè)量的時(shí)候，所加的電壓可以用高一些，如使用20V，或更高的電壓。

變壓器飽和電流實(shí)測(cè)圖,Isat=13A

從測(cè)試波形來(lái)看，當(dāng)波形不再是正比例的變化的拐點(diǎn)就對(duì)應(yīng)變壓器的飽和電流。

審核編輯：湯梓紅