Algumas dicas para julgar a saturação da indutância

A indutância é uma parte importante da fonte de alimentação DC/DC. Há muitos fatores a serem considerados ao escolher um indutor, como valor de indutância, DCR, tamanho e corrente de saturação. As características de saturação dos indutores são frequentemente mal compreendidas e causam problemas. Este artigo discutirá como a indutância atinge a saturação, como a saturação afeta o circuito e o método de detecção da saturação da indutância. 

Causas de saturação de indutância

Primeiro, entenda intuitivamente o que é saturação de indutância, conforme mostra a Figura 1:

Figura 1

Sabemos que quando uma corrente passa pela bobina da Figura 1, a bobina irá gerar um campo magnético;

O núcleo magnético será magnetizado sob a ação do campo magnético e os domínios magnéticos internos girarão lentamente.

Quando o núcleo magnético está completamente magnetizado, a direção do domínio magnético é a mesma do campo magnético, mesmo que o campo magnético externo seja aumentado, o núcleo magnético não tem domínio magnético que possa girar e a indutância entra em um estado saturado .

De outro ponto de vista, na curva de magnetização mostrada na Figura 2, a relação entre a densidade do fluxo magnético B e a intensidade do campo magnético H atende à fórmula à direita na Figura 2:

Quando a densidade do fluxo magnético atinge Bm, a densidade do fluxo magnético não aumenta mais significativamente com o aumento da intensidade do campo magnético e a indutância atinge a saturação.

A partir da relação entre indutância e permeabilidade µ, podemos ver:

Quando a indutância estiver saturada, o µm será bastante reduzido e, eventualmente, a indutância será bastante reduzida e a capacidade de suprimir a corrente será perdida.

Figura 2

Dicas para determinar a saturação da indutância

Há alguma dica para avaliar a saturação da indutância em aplicações práticas?

Pode ser resumido em duas categorias principais: cálculo teórico e teste experimental.

☆O cálculo teórico pode partir da densidade máxima do fluxo magnético e da corrente máxima de indutância.

☆O teste experimental concentra-se principalmente na forma de onda da corrente de indutância e em alguns outros métodos de julgamento preliminar.

Esses métodos são descritos abaixo.

Calcule a densidade do fluxo magnético

Este método é adequado para projetar indutância usando núcleo magnético. Os parâmetros principais incluem comprimento do circuito magnético le, área efetiva Ae e assim por diante. O tipo de núcleo magnético também determina o grau de material magnético correspondente, e o material magnético faz as disposições correspondentes sobre a perda do núcleo magnético e a densidade do fluxo magnético de saturação.

Com estes materiais, podemos calcular a densidade máxima do fluxo magnético de acordo com a situação real do projeto, como segue:

Na prática, o cálculo pode ser simplificado, utilizando ui em vez de ur; Finalmente, em comparação com a densidade do fluxo de saturação do material magnético, podemos julgar se a indutância projetada apresenta risco de saturação.

Calcule a corrente máxima de indutância

Este método é adequado para projetar circuitos diretamente usando indutores acabados.

Diferentes topologias de circuito possuem fórmulas diferentes para calcular a corrente de indutância.

Tome o chip Buck MP2145 como exemplo, ele pode ser calculado de acordo com a seguinte fórmula, e o resultado calculado pode ser comparado com o valor da especificação da indutância para determinar se a indutância estará saturada.

A julgar pela forma de onda da corrente indutiva

Este método também é o método mais comum e prático na prática de engenharia.

Tomando o MP2145 como exemplo, a ferramenta de simulação MPSmart é usada para simulação. A partir da forma de onda de simulação, pode-se observar que quando o indutor não está saturado, a corrente do indutor é uma onda triangular com uma certa inclinação. Quando o indutor está saturado, a forma de onda da corrente do indutor terá uma distorção óbvia, que é causada pela diminuição da indutância após a saturação.

Na prática de engenharia, podemos observar se há distorção da forma de onda da corrente de indutância com base nisso para julgar se a indutância está saturada.

Abaixo está a forma de onda medida na placa de demonstração MP2145. Pode-se observar que há uma distorção óbvia após a saturação, o que é consistente com os resultados da simulação.

Meça se a indutância está anormalmente aquecida e ouça assobios anormais

Existem muitas situações na prática da engenharia, podemos não saber o tipo exato de núcleo, é difícil saber o tamanho da corrente de saturação da indutância e às vezes não é conveniente testar a corrente da indutância; Neste momento, também podemos determinar preliminarmente se ocorreu saturação medindo se a indutância tem um aumento anormal de temperatura ou ouvindo se há um grito anormal.

Algumas dicas para determinar a saturação da indutância foram apresentadas aqui. Espero que tenha sido útil.