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功率電感的痛點:兩個額定電流Isat , Irms 如何理解?

發(fā)布時間:2021-11-01 ???? 點擊:

功率電感一般分為以下四種外形(如圖)。而在DC/DC升壓降壓電路中,電感是僅次于IC的最核心元器件。選擇好的功率電感,可獲得較高的轉換效率。功率電感選型,一般需要參考一下幾個參數:L(電感值) Isat(飽和電流),Irms (溫升電流),SRF (自諧頻率),DCR(直流電阻值)以及公差。對于DCR大家都知道要越小越好,因為這關系到電感的熱損耗。而對SRF ,一旦超過此指標,電感就不會表現出電感特性,反而是電容特性了。可是對于額定電流這項最關鍵指標,筒子們有點犯糊涂了,怎么有兩項額定電流呢?怎么區(qū)分Isat 和 Irms 呢 ?

  

  (1)基于電感值的變化率的額定電流,我們稱為Isat. 它是以電感值的下降程度為指標的額定電流,超出該范圍使用時,可能會由于紋波電流增加而導致IC控制不穩(wěn)。大部分電感廠商一般取電感值下降到20%的電流為Isat,也有少量廠商設為下降30%或者10%,所以選型時要特別注意這一點.此外,根據電感磁路構造的不同,磁飽和的傾向(即電感值的下降傾向)也有所不同。圖1是表示不同磁路構造所導致的電感值的變化的示意圖。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, 隨著直流電流的不斷增加,透磁率的數值逐漸減少,因此電感值緩慢會平緩的下降,而不是急劇下降。

  


  Irms:指電感產品的應用額定電流,也稱為溫升電流,即產品應用時,表面達到一定溫度時所對應的DC電流。業(yè)界大部分廠家一般認為是電感產品自我溫升溫度不超過40度時的電流。
  也有廠家會分別給出溫升20度和40度各自的溫升電流值,甚至還給出對應的溫升曲線。
  以及溫升電流Irms標識狀況

  目前Isat 和 Irms業(yè)界沒有統一定義標準, 現狀會誤導部分硬件工程師選型

  目前有相當部分疊層功率電感生產廠家對其產品額定電流規(guī)格都是沿用傳統信號濾波處理用疊層電感額定電流標準來定義,其根據電感的溫升電流值來定義其額定工作電流。這種情況下產品設計工程師往往會按照傳統功率電感選型經驗并根據供應商電感規(guī)格書上定義的額定電流值來衡量其實際電路中的額定工作電流,這樣一來可能會因電感Isat指標低于電路的實際工作電流,產生如下隱患:

  A). 電感實際工作時因電流過大導致飽和,引起電感量下降幅度過大造成電流紋波超出后級電路最大允許規(guī)格范圍而造成電路干擾,從而無法正常工作甚至損壞;

  B).電路中實際工作電流超過電感的飽和電流有可能會因電感飽和電感量下降產生機械或電子噪音;

  C).電路中實際工作電流超過電感的飽和電流會導致因電感飽和,其電感量下降引起電源帶負載時輸出電壓&電流不穩(wěn)定,造成其它單元電路系統死機等不穩(wěn)定異常情形;

  D).電感額定電流(包括飽和和溫升電流)選擇余量不足會導致其工作時其表面溫度過高 

  以下是以2520系列中的4.7uH疊層功率電感為例, 對比說明業(yè)界目前對電感器飽和電流Isat
  疊層功率電感(鐵氧體大電流電感)參數比對表( 如下圖 )

  

  備注:Isat飽和電流:指磁介質的飽和電流,在下圖B-H曲線中,是指磁介質達到Bm對應的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產品,電感下跌20%的電流為8.4A,則Isat=8.4A。Isat計算公式如下:

  設截面積為S、長為l,磁導率為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
  對于同一材質及呎吋的鐵芯Hl依B-H曲線進行變化,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

  

  文章來源:易容網simon徐

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