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功率電感的電流該如何理解

發布時間:2020-08-26 17:20:24 瀏覽:9次 責任編輯:深圳杰紳電子

電感是由包括電阻、電容在內的三個最常用的無源元件之一。功能上主要作為電源轉換電路中的儲能元件、射頻電路中感性負載和噪聲濾波器元件應用。

電感器從生產工藝上分類主要有繞線式、薄膜和疊層電感;從結構上分為屏蔽和非屏蔽電感;從安裝方式主要分為表面貼SMT和穿孔兩類;從應用上主要有低頻信號、功率和射頻電感等;從材料上主要有磁性和非磁性材料,其中磁性材料有鐵氧體,鐵基磁粉芯等,非磁性材料主要有非磁性陶瓷等,其中鐵氧體和鐵基磁粉芯電感主要應用于低中高頻,非磁性陶瓷電感主要用于射頻應用。

電感的技術指標主要包括電感量L,直流電阻DCR,飽和電流Isat和溫升電流Irms,自諧振頻率SRF和品質因數Q等。

這里需要說明的是飽和電流的定義。當電感上流過的電流逐漸增大時,磁芯會逐漸進入飽和狀態,電感值會逐漸下降。當磁芯完全飽和時,電感值會下降到相當于空心繞線的很小的感值。飽和電流通常的定義為當電感下降30%時的電流值。

如下圖所示的標稱感值為10μH的電感,電感值下降30%時的飽和電流曲線圖。也有些廠家會把飽和電流定義為電感下降10%或35%。在選擇不同廠家電感進行比較時需要注意這一點。

從上面的飽和電流曲線我們可以看出,此電感值大概為7μH左右時,飽和電流為5A。

電感的溫升電流Irms是指當電感工作時,電感的溫度上升較周圍環境溫度上升一定溫度時的電感工作電流。因為溫升是與電感消耗能量有關,而能量又與電流的有效值相關,故溫升電流通常被標示為Irms.通常大多數廠家定義溫度上升40℃時為電感的溫升電流值。也有些廠家會分別給出溫度上升20℃和45℃的電流值,如下的溫升電流曲線圖

從上面的溫升電流曲線我們可以看出,此電感溫升≤40℃時溫升電流為3A。

需要注意的是,溫升電流的大小和曲線與實際測量的條件密切相關,國際上也并沒有一個統一的測試方法和標準。通常測量電感的溫升電流要將電感焊接到測試的PCB板上進行測量,因此PCB板上的線條寬度,PCB銅箔的厚度以及測試時間等都會影響到溫升電流的測試結果。另外,電感在系統中的使用條件,也會對電感性能特別是溫升特性產生很大的影響。比如,如果電感在系統中靠近發熱量很大的器件如CPU或者散熱器,則電感的溫升電流會相應減小。如果是電感靠近系統的通風孔,溫升電流會相應加大。

因此溫升電流只是給系統設計者提供一個參考,具體在使用中最好能對電感做一個實際溫度和溫升測試。

電感的飽和電流和溫升電流是從兩個不同的技術側面給設計者提供有關電感的更多的技術資訊,設計應者對這兩個指標有深入的了解,這對提高系統設計的性能和可靠性會有很大幫助。

例如:目前Isat和Irms業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,引起工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&電流不穩定,造成其它單元電路系統死機等不穩定異常情形;

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.

總結:

飽和電流是在電感上加一特定量的直流偏置電流,使電感的電感值相對未加電流時的電感值下降下降10%-35% (一般都是按30%來算),這個直流偏置電流就叫該電感的飽和電流,飽和電流是越大越好。

溫升電流是在電感上加一特定量的直流偏置電流,使電感本體溫度相對未加電流時的溫度上升不超過40℃,該溫度需穩定3小時以上且不再繼續上升(有些廠商設定為30分鐘或1小時以上),這個直流偏置電流就叫該電感的溫升電流,溫升電流也是越大越好。在實際設計中,選擇的電感溫升電流最好要比電路中的持續電流大。


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