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如何理解功率电感的电流
发布时间:2022-05-11 16:37
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  电感是三种最常用的无源元件之一,包括电阻和电容器。功能主要用作电源转换电路中的储能元件,应用于射频电路中的感性负载和噪声滤波器元件。

  电感器主要分为绕组、薄膜和叠层电感;结构分为屏蔽和非屏蔽电感;安装方式主要分为SMT和穿孔;应用主要包括低频信号、功率和射频电感;材料主要包括磁性和非磁性材料,包括铁氧体、铁基磁粉芯等,非磁性材料主要包括非磁性陶瓷,其中铁氧体和铁基磁粉芯电感主要用于低、中、高频,非磁性陶瓷电感主要用于射频应用。

  电感技术指标主要包括电感L、DC电阻DCR、饱和电流Isat、温升电流Irms、自谐振频率SRF、质量因数Q等。

  这里需要解释的是饱和电流的定义。当电感上的电流逐渐增大时,磁芯会逐渐进入饱和状态,电感值也会逐渐下降。当磁芯完全饱和时,电感值会降低到相当于空心绕线的小感值。饱和电流通常被定义为当电感下降30%时的电流值。

  如下图所示,当电感值下降30%时,标称感值为10μH的饱和电流曲线图。一些制造商还将饱和电流定义为电感下降10%或35%。在选择不同厂家的电感进行比较时,要注意这一点。

  从上述饱和电流曲线可以看出,当电感值约为7μH时,饱和电流为5A。

  电感温升电流Irms是指当电感工作时,电感的温度上升比周围环境温度上升一定温度时的电感工作电流。由于温升与电感的能耗有关,能量与电流的有效值有关,因此温升电流通常被标记为Irms。通常,当温度上升40℃时,大多数制造商将电感的温升电流值定义为温升电流值。一些制造商会给出20℃和45℃的电流值,如下温升电流曲线图。

  从上述温升电流曲线可以看出,当温升≤40℃时,温升电流为3A。

  需要注意的是,温升电流的大小和曲线与实际测量条件密切相关,世界上没有统一的测试方法和标准。通常,测量电感的温升电流应焊接到测试的PCB板上进行测量,因此PCB板上的线宽、PCB铜箔的厚度和测试时间会影响温升电流的测试结果。此外,系统中电感的使用条件也会对电感性能产生很大的影响,特别是温升特性。例如,如果电感靠近CPU或散热器等发热量大的设备,则电感的温升电流会相应减小。如果电感靠近系统的通风孔,温升电流会相应增加。

  因此,温升电流只是系统设计者的参考,最好对电感进行实际温度和温升测试。

  电感饱和电流和温升电流从两个不同的技术方面为设计师提供更多关于电感的技术信息。设计师对这两个指标有深入的了解,这将有助于提高系统设计的性能和可靠性。

  比如目前Isat和Irms行业没有统一的标准定义,现状会误导一些硬件工程师的选择。

  目前,相当一部分叠层功率电感制造商根据传统信号滤波处理的叠层电感额定电流标准来定义其产品的额定电流规格,并根据电感的温升电流值来定义其额定工作电流。在这种情况下,产品设计工程师往往根据传统的功率电感选择经验和供应商电感规格中定义的额定电流值来衡量实际电路中的额定工作电流,可能因电感Isat指标低于电路的实际工作电流而产生以下隐患:

  A).由于电流过大,电感实际工作饱和,导致电流纹波超过后电路最大允许规格范围,无法正常工作甚至损坏;

  B)。电路中的实际工作电流超过电感饱和电流可能会产生机械或电子噪声;

  C)。电路中实际工作电流超过电感饱和电流会导致输出电压和电流不稳定,导致其他单元电路系统死亡;

  D)。电感额定电流(包括饱和温升电流)选择不足会导致其工作时表面温度过高。

  总结:

  饱和电流是在电感上增加一定量的直流偏置电流,使电感的电感值比未增加电流时降低10%-35%(一般按30%计算)。这种直流偏置电流称为电感的饱和电流,饱和电流越大越好。

  温升电流是在电感上增加一定量的直流偏置电流,使电感本体温度相对不超过40℃,温度应稳定3小时以上,不再继续上升(部分厂家设置30分钟或1小时以上),直流偏置电流称为电感温升电流,温升电流越大越好。在实际设计中,所选电感温升电流应大于电路中的连续电流。

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