電感磁芯飽和的原理及判別方法

電感飽和的原因

先直觀的認(rèn)識(shí)下什么是電感飽和，如圖1:

圖1

我們知道當(dāng)圖1線圈中通過電流時(shí)，線圈會(huì)產(chǎn)生磁場；

磁芯在磁場的作用下會(huì)被磁化，其內(nèi)部磁疇會(huì)慢慢旋轉(zhuǎn)；

當(dāng)磁芯被完全磁化時(shí)，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(zhuǎn)的磁疇了，此時(shí)的電感就進(jìn)入了飽和狀態(tài)。

從另一個(gè)角度來看，如圖2所示的磁化曲線，磁通密度B與磁場強(qiáng)度H之間滿足圖2中右側(cè)公式：

圖2

當(dāng)磁通密度達(dá)到Bm時(shí)，磁通密度不再隨磁場強(qiáng)度的增大而大幅度增大，此時(shí)電感達(dá)到飽和。

由電感與磁導(dǎo)率μ的關(guān)系式可知：

當(dāng)電感飽和后，μ會(huì)大幅度減小，最終導(dǎo)致電感量大幅降低，失去抑制電流的能力。

判斷電感飽和的訣竅

在實(shí)際應(yīng)用中有沒有判斷電感飽和的訣竅呢？

可以總結(jié)為兩大類：理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測試。

理論計(jì)算可從最大磁通密度和最大電感電流入手；

實(shí)驗(yàn)測試主要關(guān)注電感電流波形和一些其他初步判斷方法。

1、理論計(jì)算：計(jì)算磁通密度

此方法適用于利用磁芯來設(shè)計(jì)電感的場景。磁芯參數(shù)包括磁路長度le，有效面積Ae等。磁芯的型號(hào)還決定了相應(yīng)的磁材牌號(hào)，磁材對(duì)磁芯損耗，飽和磁通密度等做了相應(yīng)規(guī)定。

有了這些材料，我們就能根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)情況來計(jì)算最大磁通密度，公式如下：

實(shí)際中可簡化計(jì)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(shè)計(jì)的電感是否有飽和的風(fēng)險(xiǎn)。

2、理論計(jì)算：計(jì)算最大電感電流

此方法適用于直接利用成品電感來設(shè)計(jì)電路。不同的電路拓?fù)鋵?duì)電感電流計(jì)算有不同的公式。

以Buck芯片MP2145為例，可以按照如下公式計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果與電感規(guī)格值相比較就能判斷電感是否會(huì)飽和。

3、測試分析：通過電感電流波形判斷

此方法也是工程實(shí)際中最常見和最實(shí)用的的方法。

還是以MP2145為例，使用MPSmart仿真工具進(jìn)行仿真，從仿真波形可以知道，當(dāng)電感沒有飽和時(shí)，電感電流是一個(gè)斜率一定的三角波，當(dāng)電感飽和時(shí)電感電流波形會(huì)有一個(gè)明顯畸變，這是由于飽和后感量降低造成的。

我們?cè)诠こ虒?shí)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(shí)測波形，可以看到飽和后有明顯的畸變，與仿真結(jié)果一致。

4、測試分析：測量電感是否異常升溫，聽是否有異常嘯叫

在工程實(shí)際中還有很多情況，我們可能不能準(zhǔn)確知道磁芯型號(hào)，也很難知道電感飽和電流大小，有時(shí)候也不能方便的測試電感電流；這時(shí)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(fā)生了飽和。

審核編輯：湯梓紅