Algumas dicas para julgar a saturação da indutância

A indutância é uma parte importante da fonte de alimentação CC/CC. Há muitos fatores a serem considerados na escolha de um indutor, como valor da 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 mostrado na Figura 1:

Figura 1

Sabemos que quando uma corrente passa pela bobina da Figura 1, a bobina gera 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 de 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 observar:

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 testes experimentais.

☆O cálculo teórico pode começar pela densidade máxima do fluxo magnético e pela corrente de indutância máxima.

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

Esses métodos são descritos abaixo.

Calcular a densidade do fluxo magnético

Este método é adequado para projetar indutância utilizando núcleo magnético. Os parâmetros do núcleo incluem o comprimento do circuito magnético (le), a área efetiva (Ae), etc. O tipo de núcleo magnético também determina o grau do material magnético correspondente, e o material magnético toma as devidas provisões quanto à perda do núcleo magnético e à densidade do fluxo magnético de saturação.

Com esses materiais, podemos calcular a densidade máxima do fluxo magnético de acordo com a situação real do projeto, da seguinte forma:

Na prática, o cálculo pode ser simplificado, usando ui em vez de ur; Finalmente, comparado com a densidade de fluxo de saturação do material magnético, podemos avaliar se a indutância projetada tem risco de saturação.

Calcular a corrente de indutância máxima

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

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

Tomemos como exemplo o chip Buck MP2145, que 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 mais comum e prático na prática de engenharia.

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

Na prática de engenharia, podemos observar se há distorção na 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. É possível observar uma distorção evidente após a saturação, o que é consistente com os resultados da simulação.

Meça se a indutância está anormalmente aquecida e ouça se há assobios anormais

Existem muitas situações na prática de engenharia, nas quais 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 de 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 tenham sido úteis.