charles1986

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【转载】电感的三个电流

2020-10-20 08:52:35 显示全部楼层

电感电流应该是电感最重要的参数了,电路设计必然会关注这个参数。然而,查看众多的电感规格书手册,有时也会把人搞懵,特别是对新手而言、为什么呢?

这是因为各家标注电流方式个不相同,有的厂家就只有一个额定电流,有的厂家会标两个,一个是饱和电流,一个是温升电流。还有的更为详细,会标电流的典型值和最大值,但是奇怪的是典型值居然比最大值还大,也是无语。

为了理解这些内容,那我们就来看看饱和电流,温升电流,额定电流分别指的是什么吧。


饱和电流Isat

饱和电流Isat一般是指电感值相对于初始值衰减30%(一些厂家是10%,40%)的偏置电流。

饱和电流为什么会存在呢?

电感一般都含有磁芯,特别是功率电感,磁芯是存在磁饱和的。什么是磁饱和呢?由于磁芯材料自身的特性,其通过的磁通量是不可以无限增大的。通过一定体积导磁材料的磁通量大到一定数量将不再增加,不管你再增加电流或匝数,就达到磁饱和了。当电流已经使磁芯饱和,再增加电流,也基本不会再使磁通量增加,或者说增加很少,等同于空心电感的增量,因为饱和之后磁芯失去作用,等同于空心电感。电流增大,而磁通量不增加,那么电感阻碍电流的作用就没有了,也就是说电感器失去了作用,这时的磁芯完全饱和。

当然我们并不会等到电感完全饱和。事实上,在电流比较小的时候,单位电流产生的磁通量与电流成正比,这个意思就说磁芯磁导率为常数。而随着电流慢慢增大,单位电流的增加产生的磁通量的增量是下降的,也就是说随着电流的增加磁导率是慢慢下降的,因此,电感的感量也下降。所以就有了前面的定义,电感量衰减到30%(一些厂家是10%,40%),我们就说电感饱和了。

还有个问题,饱和电流到底是有效值还是瞬间值呢?毕竟用于开关电源中,电感电流是直流上面叠加交流分量,并且交流分量还不小,这个必须得搞清楚。

饱和电流可以理解为瞬间值,因为电感的饱和的原因是因为磁芯饱和,只要电流达到一定值,就会使磁芯磁饱和,而不论你是什么时候达到。所以在电路设计中,一定不要让电感的最大电流值(瞬间值)超过其饱和电流。


温升电流Irms

温升电流,一般指电感自我温升温度不超过40℃时的电流。

曾经有人问我,这个温升电流对应的温度,指的是电感内部的,还是指的外壳?这个问题我也没找到答案,不过应该不影响我们进行电感选型。

如上图,是顺络的某电感参数,可以看到,电感的工作温度范围是-40到+125℃,后面括号说明了是包含自我温升的,所以,当电路工作环境温度小于125-40=85℃时,只要我们电感电流不超过温升电流(此时温升为40度,加上环境温度,正好125度),那么就没有问题,当然了,我们会留一些裕量。

估计又有人问了,那我环境温度小于85度,那是不是就可以超过额定温升电流Irms使用呢?

理论上超一点没有问题,但是不建议,因为会有新的问题,超多少不会出现问题呢?没有一个定值。并且,因为超过Irms之后,温升随电流增加上升很快的,如下图示例所示:

这个曲线是顺络电感的电流与温升的关系,可以看到,曲线类似是指数曲线,在温升达到40度后,电流只要增加一点点,温度就升高很多。

所以,建议不管环境温度比85℃低多少,都不要使电感电流超过温升电流Irms,这样就万无一失了。

同样也有一个问题,这个温升电流是有效值还是瞬间值呢?

答案是有效值。温升电流,说的是使温度上升到一定值的电流大小,这不就是有效值的定义么,其符号rms也说明了这一点。


额定电流Irat

额定电流其实就是包含前面2个电流,饱和电流和温升电流。

我们工作中沟通时为了方便,说额定电流是多少多少,其实就那两个电流中的小者。有些规格书中只写了一个电流,那么设计中就把这个电流当作额定电流来设计。


来到开篇的问题,为什么最大值比典型值要小?

这是因为,典型值指的是,电感生产出来后,这个电流上限参数平均是某个值,这个值就叫典型值。

而设计电路时,我们需要所用的所有电感,都能满足要求,所以不能是典型值。而标注的max值,厂家是站在用户的角度来说的,只要你设计不超过这个最大值,那么就OK,所以其实是所有电感的电流值都比这个max值要大,自然max值要比平均值type要小了。


总结

1、电感的额定电流,包含饱和电流和温升电流。

2、在电路设计中,电感的最大电流瞬间值不能超过饱和电流,电流有效值也不能超过温升电流。一般情况下,需要留20%-30%左右的裕量。


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