如何理解功率電感的電流?電感是由包括電阻、電容在內的三個(gè)最常用的無(wú)源元件之一,功能上主要用作電源轉換電路中的儲能元件、射頻電路中的感性負載和噪聲濾波元件。
電感器從生產(chǎn)工藝上主要分為繞線(xiàn)型、薄膜型和疊層型電感器;從結構上分為屏蔽電感和非屏蔽電感;從安裝方式上,主要分為表面貼裝SMT和穿孔;從應用來(lái)看,主要有低頻信號、功率和射頻電感等;從材料上看,主要有磁性材料和非磁性材料,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,其中鐵氧體和鐵基磁粉芯電感主要用于低、中、高頻,非磁性陶瓷電感主要用于射頻應用。
電感的技術(shù)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(zhì)因數Q等。
這里需要說(shuō)明的是飽和電流的定義。當流過(guò)電感的電流逐漸增大時(shí),磁芯會(huì )逐漸進(jìn)入飽和狀態(tài),電感值會(huì )逐漸減小。當磁芯完全飽和時(shí),電感下降到與空芯線(xiàn)相當的小電感。飽和電流通常定義為電感下降30%時(shí)的電流值。
電感的溫升電流Irms是指在電感工作時(shí),當電感溫度上升到高于環(huán)境溫度一定溫度時(shí),電感的工作電流。因為溫升與電感消耗的能量有關(guān),而能量又與電流的有效值有關(guān),所以通常將溫升電流標記為Irms。通常,大多數制造商都會(huì )定義電感溫度上升40°C時(shí)的溫升電流值。有的廠(chǎng)家會(huì )分別給出20℃和45℃的溫升電流值。
從上面的溫升電流曲線(xiàn)可以看出,當溫升小于等于40℃時(shí),該電感的溫升電流為3A。
需要注意的是,溫升電流的大小和曲線(xiàn)與實(shí)際測量條件密切相關(guān),國際上沒(méi)有統一的測試方法和標準。通常,要測量電感的溫升電流,應將電感焊接到被測PCB板上進(jìn)行測量。因此,PCB板上的線(xiàn)寬、PCB銅箔的厚度和測試時(shí)間都會(huì )影響溫升電流的測試結果。此外,系統中電感的使用條件也會(huì )對電感的性能產(chǎn)生很大影響,尤其是溫升特性。例如,如果電感靠近系統中產(chǎn)生大量熱量的器件(如CPU或散熱器),則電感的溫升電流會(huì )相應降低。如果電感靠近系統的通風(fēng)孔,溫升電流會(huì )相應增加。
因此溫升電流僅供系統設計人員參考,使用中最好測試電感的實(shí)際溫度和溫升。
電感的飽和電流和溫升電流從兩個(gè)不同的技術(shù)方面為設計人員提供了更多關(guān)于電感的技術(shù)信息??煽啃詴?huì )有很大幫助。
目前有相當部分疊層功率電感生產(chǎn)廠(chǎng)家對其產(chǎn)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(lái)定義,其根據電感的溫升電流值來(lái)定義其額定工作電流。這種情況下產(chǎn)品設計工程師往往會(huì )按照傳統功率電感選型經(jīng)驗并根據供應商電感規格書(shū)上定義的額定電流值來(lái)衡量其實(shí)際電路中的額定工作電流,這樣一來(lái)可能會(huì )因電感Isat指標低于電路的實(shí)際工作電流,產(chǎn)生如下隱患:
A). 電感實(shí)際工作時(shí)因電流過(guò)大導致飽和,引起工感量下降幅度過(guò)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(wú)法正常工作甚至損壞;
B).電路中實(shí)際工作電流超過(guò)電感的飽和電流有可能會(huì )因電感飽和電感量下降產(chǎn)生機械或電子噪音;
C).電路中實(shí)際工作電流超過(guò)電感的飽和電流會(huì )導致因電感飽和,其電感量下降引起電源帶負載時(shí)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(huì )導致其工作時(shí)其表面溫度過(guò)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(shí)的電感值下降下降10%-35% (一般都是按30%來(lái)算),這個(gè)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(shí)的溫度上升不超過(guò)40℃,該溫度需穩定3小時(shí)以上且不再繼續上升(有些廠(chǎng)商設定為30分鐘或1小時(shí)以上),這個(gè)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(shí)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。
電感充電中電路中一定會(huì )有電流流動(dòng)。此外,電感線(xiàn)圈中的電流無(wú)法急劇變化,切斷電感電路時(shí),控制觸點(diǎn)之間會(huì )發(fā)生火花現象。電感是儲能元件,它是在各種電路中不斷充放電的過(guò)程。根據法拉第電磁電感定律,一個(gè)電路所包圍的磁通量發(fā)生變化時(shí)(在磁場(chǎng)中工作切斷磁力線(xiàn)時(shí)),就會(huì )發(fā)生磁電電感現象?! ‰姼须姶烹姼羞^(guò)程中,通過(guò)閉合回路的磁通發(fā)生變化時(shí),閉合回路中將產(chǎn)生電感電動(dòng)勢和電感電流;電感電動(dòng)勢的大小與副電路內的磁通相...
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