電感飽和電流Isat和溫升電流Irms及測量方法

1 電感分類

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

電感分類

2 電感技術(shù)指標

電感的技術(shù)指標主要包括電感量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%時對應(yīng)的電流值。當流經(jīng)電感上的電流逐漸增大時，磁芯會進入飽和狀態(tài)，電感值會下降。最后，當磁芯完全飽和時，電感值會下降到相當于空心繞線的很小的感值。另外需要注意的是，有的廠家會把飽和電流定義為電感量下降10%或30%對應(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℃時對應(yīng)的電流值。當電感工作時，尤其是功率電感，溫度會上升。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示為Irms。這里也要注意，有的廠家會分別給出電感溫度上升20℃和40℃時對應(yīng)的電流值。知名廠家一般會給出溫升電流曲線，便于設(shè)計者查閱。

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℃時溫升電流為32A左右,溫升40℃時電流為38.5A。

溫升電流的大小和曲線與實際測量的條件密切相關(guān)，國際上目前沒有一個統(tǒng)一的測試標準。常規(guī)做法是，將電感焊接到測試的電路板上進行測量。那么電路板上的走線寬度，銅箔的厚度以及測試時間等因素都會影響最終的測試結(jié)果。

另外，電路板在實際使用中的環(huán)境因素，也會對電感性能產(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相應(yīng)減小。如果是電感靠近通風孔，溫升電流則會相應(yīng)加大。

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

作為設(shè)計者，應(yīng)當對電感的飽和電流Isat和溫升電流Irms有深刻的認識，設(shè)計出來的系統(tǒng)性能和可靠性方面會比較有保障。

3 電感Isat測量

3.1 電感飽和電流Isat測量原理

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

3.2 電感或變壓器飽和電流的測量方法

電感或變壓器飽和電流Isat測量連線圖

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，也可以把導(dǎo)線L1的端點和電感的管腳A焊起來。

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，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，然后迅速拿開導(dǎo)線L2，讓導(dǎo)線頭和電感的管腳B端脫離接觸。

7、適當縮小時基，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，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、測量電感電流波形的拐點位置，即約為電感的飽和電流。圖2中，拐點位置約為13A，電感的飽和電流約為13A。

時基(X軸)和電流刻度(Y軸)開始的時候可以先設(shè)定大一些的值，然后，依據(jù)測量波形的情況，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

變壓器初級的飽和電流的測量過程同上，只是測量的時候，所加的電壓可以用高一些，如使用20V，或更高的電壓。

變壓器飽和電流實測圖,Isat=13A

從測試波形來看，當波形不再是正比例的變化的拐點就對應(yīng)變壓器的飽和電流。

審核編輯：湯梓紅