通過電感峰值電流,我們可以發(fā)現(xiàn)電感上產(chǎn)生了什么。很容易會知道,隨著通過電感的電流增加,它的電感量會減小。這是由于磁芯材料的物理特性決定的。電感量會減少多少就很重要了:如果電感量減小很多,轉(zhuǎn)換器就不會正常工作了。當(dāng)通過電感的電流大到電感實(shí)效的程度,此時的電流稱為“飽和電流”。這也是電感的基本參數(shù)。
實(shí)際上,轉(zhuǎn)換電路中的開關(guān)功率電感總會有一個“軟”飽和度。要了解這個概念可以觀察實(shí)際測量的電感Vs DC電流的曲線:
當(dāng)電流增加到一定程度后,電感量就不會急劇下降了,這就稱為“軟”飽和特性。如果電流再增加,電感就會損壞了。
注意:電感量下降在很多類的電感中都會存在。例如:toroids,gapped E-cores等。但是,rod core電感就不會有這種變化。
有了這個軟飽和的特性,我們就可以知道在所有的轉(zhuǎn)換器中為什么都會規(guī)定在DC輸出電流下的最小電感量;而且由于紋波電流的變化也不會嚴(yán)重影響電感量。在所有的應(yīng)用中都希望紋波電流盡量的小,因?yàn)樗鼤绊戄敵鲭妷旱募y波。這也就是為什么大家總是很關(guān)心DC輸出電流下的電感量,而會在Spec中忽略紋波電流下的電感量
飽和電流ISAT一般是標(biāo)注在電感值衰減在10%、30%或40%之情況下的偏置電流。以氣隙鐵氧體而言,因其飽和電流特性非常急遽,10%與40%相差不大。但如果是鐵粉芯(如沖壓式電感),飽和曲線比較緩和,電感衰減10%或40%的偏置電流相差很多,因此就飽和電流值,二種鐵芯將分開探討如下。
對于一個氣隙鐵氧體,以ISAT作為電路應(yīng)用最大的電感電流上限點(diǎn)是合理的。但如果是鐵粉芯,因?yàn)榫忥柡吞匦裕幢銘?yīng)用電路最大電流超過ISAT也不會發(fā)生問題,因此這種鐵芯特性最適合開關(guān)轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用。在重載時,雖然電感器之電感值較低,造成電流漣波因子較高,但現(xiàn)今的電容電流耐受度高,因此并不會成為問題。在輕載時,電感器之電感值較大,有助于降低電感的漣波電流,進(jìn)而降低鐵損。
額定電流(IDC)
IDC值為當(dāng)電感溫升為Tr?C時的直流偏置。規(guī)格書同時標(biāo)注其在20?C的直流電阻值RDC。依銅導(dǎo)線的溫度系數(shù)約為3,930
ppm,在Tr溫升時,其電阻值為RDC_Tr = RDC(1+0。00393Tr),其功耗為PCU = I2DCxRDC。此銅損功耗在電感器表面散逸,可計算出電感的熱阻ΘTH:
相同系列及尺寸的電感,因表面散熱面積一樣,其計算所得之熱阻也相差無幾;換句話說,可以估算不同電感的額定電流IDC。不同系列(封裝)的電感,其熱阻也不同。
在DC-DC轉(zhuǎn)換器中,電感器是僅次于IC的核心元件。通過選擇恰當(dāng)?shù)碾姼衅?,能夠獲得較高的轉(zhuǎn)換效率。在選擇電感器時所使用的主要參數(shù)有電感值、額定電流、交流電阻、直流電阻等,在這些參數(shù)中還包括功率電感器特有的概念。例如,功率電感器的額定電流有兩種,它們之間的差異是什么呢?
為了回答這樣的疑問,我們在這里對功率電感器的額定電流進(jìn)行說明。
存在兩種額定電流的原因
功率電感器的額定電流有"基于自我溫度上升的額定電流"和"基于電感值的變化率的額定電流"兩種決定方法,分別具有重要的意義。"基于自我溫度上升的額定電流"是以元件的發(fā)熱量為指標(biāo)的額定電流規(guī)定,超出該范圍使用時可能會導(dǎo)致元件破損及組件故障。
與此同時,"基于電感值的變化率的額定電流"是以電感值的下降程度為指標(biāo)的額定電流規(guī)定,超出該范圍使用時可能會由于紋波電流的增加而導(dǎo)致IC控制不穩(wěn)定。此外,根據(jù)電感器的磁路構(gòu)造的不同,磁飽和的傾向(即電感值的下降傾向)有所不同。
對于開磁路類型,隨著直流電流的增加,到規(guī)定電流值為止呈現(xiàn)比較平坦的電感值,但以規(guī)定電流值為境界電感值急劇下降。相反,閉磁路類型隨著直流電流的增加,透磁率的數(shù)值逐漸減少,因此電感值緩慢下降。
功率電感規(guī)格書中對額定電流參數(shù)僅注明介質(zhì)的飽和電流Isat值。
小常識:Isat與rms的區(qū)別
Isat與Irms是工程人員常常會碰到的技術(shù)術(shù)語,但因有些客戶的問題,時常將兩者混淆,造成工程技術(shù)上的錯誤。Isat與Irms兩者分別表示什么,中文又是指什么? Isat與Irms兩者如何定義,它們與那些因素有關(guān)?我們在電感設(shè)計時,如何定義?
Isat:指磁介質(zhì)的飽和電流,是指磁介質(zhì)達(dá)到Bm對應(yīng)的Hm所需的DC電流量的大小,對于電感,即電感下降到一定比例后的電流大小,如SRI1207-4R7M產(chǎn)品,電感下跌20%的電流為8。4A,則Isat=8。4A。Isat計算公式如下:
設(shè)截面積為S、長為l,磁導(dǎo)率為μ的鐵環(huán)上,繞以緊密的線圈N匝,線圈中通過的電流為I。則依磁路定律:
Hl/0。4π=NI=0。7958Hl
對于同一材質(zhì)及呎吋的鐵芯Hl依B-H曲線進(jìn)行變化,但在同一斜率下,Hl是不變的,因此:
N1*I1=Hl/0。4π=N2*I2
即:
N1/N2=I2/I1
Irms:指電感產(chǎn)品的應(yīng)用額定電流,也稱為溫升電流,即產(chǎn)品應(yīng)用時,表面達(dá)到一定溫度時所對應(yīng)的DC電流。