Η επαγωγή είναι ένα σημαντικό μέρος της τροφοδοσίας DC/DC. Υπάρχουν πολλοί παράγοντες που πρέπει να λάβετε υπόψη όταν επιλέγετε έναν επαγωγέα, όπως η τιμή της επαγωγής, ο DCR, το μέγεθος και το ρεύμα κορεσμού. Τα χαρακτηριστικά κορεσμού των επαγωγέων συχνά παρερμηνεύονται και προκαλούν προβλήματα. Αυτή η εργασία θα συζητήσει πώς η επαγωγή φτάνει στον κορεσμό, πώς ο κορεσμός επηρεάζει το κύκλωμα και τη μέθοδο ανίχνευσης του κορεσμού της επαγωγής.
Αιτίες κορεσμού επαγωγής
Αρχικά, κατανοήστε διαισθητικά τι είναι ο κορεσμός της επαγωγής, όπως φαίνεται στο Σχήμα 1:
Σχήμα 1
Γνωρίζουμε ότι όταν ένα ρεύμα διέρχεται από το πηνίο στο Σχήμα 1, το πηνίο θα δημιουργήσει ένα μαγνητικό πεδίο.
Ο μαγνητικός πυρήνας θα μαγνητιστεί υπό την επίδραση του μαγνητικού πεδίου και οι εσωτερικοί μαγνητικοί τομείς θα περιστραφούν αργά.
Όταν ο μαγνητικός πυρήνας είναι πλήρως μαγνητισμένος, η κατεύθυνση του μαγνητικού τομέα είναι η ίδια με το μαγνητικό πεδίο, ακόμη και αν το εξωτερικό μαγνητικό πεδίο αυξηθεί, ο μαγνητικός πυρήνας δεν έχει μαγνητικό τομέα που να μπορεί να περιστραφεί και η επαγωγή εισέρχεται σε κατάσταση κορεσμού.
Από μια άλλη οπτική γωνία, στην καμπύλη μαγνήτισης που φαίνεται στο Σχήμα 2, η σχέση μεταξύ της πυκνότητας μαγνητικής ροής B και της έντασης του μαγνητικού πεδίου H συναντά τον τύπο στα δεξιά στο Σχήμα 2:
Όταν η πυκνότητα μαγνητικής ροής φτάσει στο Bm, η πυκνότητα μαγνητικής ροής δεν αυξάνεται πλέον σημαντικά με την αύξηση της έντασης του μαγνητικού πεδίου και η επαγωγή φτάνει σε κορεσμό.
Από τη σχέση μεταξύ επαγωγής και διαπερατότητας µ, μπορούμε να δούμε:
Όταν η αυτεπαγωγή είναι κορεσμένη, τα μm θα μειωθούν σημαντικά και τελικά η αυτεπαγωγή θα μειωθεί σημαντικά και η ικανότητα καταστολής του ρεύματος θα χαθεί.
Σχήμα 2
Συμβουλές για τον προσδιορισμό του κορεσμού της επαγωγής
Υπάρχουν συμβουλές για την εκτίμηση του κορεσμού της αυτεπαγωγής σε πρακτικές εφαρμογές;
Μπορεί να συνοψιστεί σε δύο κύριες κατηγορίες: θεωρητικός υπολογισμός και πειραματικός έλεγχος.
☆Ο θεωρητικός υπολογισμός μπορεί να ξεκινήσει από τη μέγιστη πυκνότητα μαγνητικής ροής και το μέγιστο ρεύμα επαγωγής.
☆Η πειραματική δοκιμή επικεντρώνεται κυρίως στην κυματομορφή του ρεύματος επαγωγής και σε ορισμένες άλλες μεθόδους προκαταρκτικής κρίσης.
Αυτές οι μέθοδοι περιγράφονται παρακάτω.
Υπολογίστε την πυκνότητα μαγνητικής ροής
Αυτή η μέθοδος είναι κατάλληλη για τον σχεδιασμό επαγωγής χρησιμοποιώντας μαγνητικό πυρήνα. Οι παράμετροι του πυρήνα περιλαμβάνουν το μήκος του μαγνητικού κυκλώματος le, την ενεργό επιφάνεια Ae και ούτω καθεξής. Ο τύπος του μαγνητικού πυρήνα καθορίζει επίσης την αντίστοιχη ποιότητα μαγνητικού υλικού και το μαγνητικό υλικό λαμβάνει υπόψη τις απώλειες του μαγνητικού πυρήνα και την πυκνότητα μαγνητικής ροής κορεσμού.
Με αυτά τα υλικά, μπορούμε να υπολογίσουμε τη μέγιστη πυκνότητα μαγνητικής ροής σύμφωνα με την πραγματική κατάσταση σχεδιασμού, ως εξής:
Στην πράξη, ο υπολογισμός μπορεί να απλοποιηθεί, χρησιμοποιώντας ui αντί για ur. Τέλος, σε σύγκριση με την πυκνότητα ροής κορεσμού του μαγνητικού υλικού, μπορούμε να κρίνουμε εάν η σχεδιασμένη επαγωγή ενέχει τον κίνδυνο κορεσμού.
Υπολογίστε το μέγιστο ρεύμα επαγωγής
Αυτή η μέθοδος είναι κατάλληλη για τον απευθείας σχεδιασμό κυκλώματος χρησιμοποιώντας τελικούς επαγωγείς.
Διαφορετικές τοπολογίες κυκλωμάτων έχουν διαφορετικούς τύπους για τον υπολογισμό του ρεύματος επαγωγής.
Πάρτε για παράδειγμα το τσιπ Buck MP2145, μπορεί να υπολογιστεί σύμφωνα με τον ακόλουθο τύπο και το υπολογισμένο αποτέλεσμα μπορεί να συγκριθεί με την τιμή προδιαγραφής επαγωγής για να προσδιοριστεί εάν η επαγωγή θα είναι κορεσμένη.
Κρίνοντας από την επαγωγική κυματομορφή ρεύματος
Αυτή η μέθοδος είναι επίσης η πιο κοινή και πρακτική μέθοδος στην πρακτική της μηχανικής.
Λαμβάνοντας ως παράδειγμα το MP2145, το εργαλείο προσομοίωσης MPSmart χρησιμοποιείται για την προσομοίωση. Από την κυματομορφή προσομοίωσης, μπορεί να φανεί ότι όταν ο επαγωγέας δεν είναι κορεσμένος, το ρεύμα του επαγωγέα είναι ένα τριγωνικό κύμα με μια ορισμένη κλίση. Όταν ο επαγωγέας είναι κορεσμένος, η κυματομορφή ρεύματος του επαγωγέα θα έχει μια εμφανή παραμόρφωση, η οποία προκαλείται από τη μείωση της επαγωγής μετά τον κορεσμό.
Στην πρακτική της μηχανικής, μπορούμε να παρατηρήσουμε εάν υπάρχει παραμόρφωση της κυματομορφής του ρεύματος επαγωγής με βάση αυτό για να κρίνουμε εάν η επαγωγή είναι κορεσμένη.
Παρακάτω φαίνεται η μετρούμενη κυματομορφή στην πλακέτα επίδειξης MP2145. Μπορεί να φανεί ότι υπάρχει εμφανής παραμόρφωση μετά τον κορεσμό, η οποία είναι σύμφωνη με τα αποτελέσματα της προσομοίωσης.
Μετρήστε εάν η αυτεπαγωγή είναι ασυνήθιστα θερμαινόμενη και ακούστε για ασυνήθιστο σφύριγμα
Υπάρχουν πολλές περιπτώσεις στην πρακτική της μηχανικής, όπου μπορεί να μην γνωρίζουμε τον ακριβή τύπο πυρήνα, είναι δύσκολο να γνωρίζουμε το μέγεθος του ρεύματος κορεσμού της επαγωγής και μερικές φορές δεν είναι βολικό να ελέγξουμε το ρεύμα επαγωγής. Σε αυτή τη φάση, μπορούμε επίσης να προσδιορίσουμε προκαταρκτικά εάν έχει συμβεί κορεσμός μετρώντας εάν η επαγωγή έχει ανώμαλη αύξηση της θερμοκρασίας ή ακούγοντας εάν υπάρχει ανώμαλη κραυγή.
Εδώ παρουσιάζονται μερικές συμβουλές για τον προσδιορισμό του κορεσμού της επαγωγής. Ελπίζω να ήταν χρήσιμες.
Ώρα δημοσίευσης: 07 Ιουλίου 2023
