如何理解功率電感的電流?電感是由包括電阻、電容在內(nèi)的三個最常用的無源元件之一,功能上主要用作電源轉(zhuǎn)換電路中的儲能元件、射頻電路中的感性負(fù)載和噪聲濾波元件。
電感器從生產(chǎn)工藝上主要分為繞線型、薄膜型和疊層型電感器;從結(jié)構(gòu)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(yīng)用來看,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(yīng)用。
電感的技術(shù)指標(biāo)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(shù)Q等。
這里需要說明的是飽和電流的定義。當(dāng)流過電感的電流逐漸增大時,磁芯會逐漸進(jìn)入飽和狀態(tài),電感值會逐漸減小。當(dāng)磁芯完全飽和時,電感下降到與空芯線相當(dāng)?shù)男‰姼?。飽和電流通常定義為電感下降30%時的電流值。
電感的溫升電流Irms是指在電感工作時,當(dāng)電感溫度上升到高于環(huán)境溫度一定溫度時,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(biāo)記為Irms。通常,大多數(shù)制造商都會定義電感溫度上升40°C時的溫升電流值。有的廠家會分別給出20℃和45℃的溫升電流值。
從上面的溫升電流曲線可以看出,當(dāng)溫升小于等于40℃時,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與實際測量條件密切相關(guān),國際上沒有統(tǒng)一的測試方法和標(biāo)準(zhǔn)。通常,要測量電感的溫升電流,應(yīng)將電感焊接到被測PCB板上進(jìn)行測量。因此,PCB板上的線寬、PCB銅箔的厚度和測試時間都會影響溫升電流的測試結(jié)果。此外,系統(tǒng)中電感的使用條件也會對電感的性能產(chǎn)生很大影響,尤其是溫升特性。例如,如果電感靠近系統(tǒng)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相應(yīng)降低。如果電感靠近系統(tǒng)的通風(fēng)孔,溫升電流會相應(yīng)增加。
因此溫升電流僅供系統(tǒng)設(shè)計人員參考,使用中最好測試電感的實際溫度和溫升。
電感的飽和電流和溫升電流從兩個不同的技術(shù)方面為設(shè)計人員提供了更多關(guān)于電感的技術(shù)信息??煽啃詴泻艽髱椭?。
目前有相當(dāng)部分疊層功率電感生產(chǎn)廠家對其產(chǎn)品額定電流規(guī)格都是沿用傳統(tǒng)信號濾波處理用疊層電感額定電流標(biāo)準(zhǔn)來定義,其根據(jù)電感的溫升電流值來定義其額定工作電流。這種情況下產(chǎn)品設(shè)計工程師往往會按照傳統(tǒng)功率電感選型經(jīng)驗并根據(jù)供應(yīng)商電感規(guī)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(biāo)低于電路的實際工作電流,產(chǎn)生如下隱患:
A). 電感實際工作時因電流過大導(dǎo)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(guī)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(chǎn)生機(jī)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(dǎo)致因電感飽和,其電感量下降引起電源帶負(fù)載時輸出電壓&電流不穩(wěn)定,造成其它單元電路系統(tǒng)死機(jī)等不穩(wěn)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(dǎo)致其工作時其表面溫度過高.
總結(jié):
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(wěn)定3小時以上且不再繼續(xù)上升(有些廠商設(shè)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(shè)計中,選擇的電感溫升電流最好要比電路中的持續(xù)電流大。
電感充電中電路中一定會有電流流動。此外,電感線圈中的電流無法急劇變化,切斷電感電路時,控制觸點之間會發(fā)生火花現(xiàn)象。電感是儲能元件,它是在各種電路中不斷充放電的過程。根據(jù)法拉第電磁電感定律,一個電路所包圍的磁通量發(fā)生變化時(在磁場中工作切斷磁力線時),就會發(fā)生磁電電感現(xiàn)象?! ‰姼须姶烹姼羞^程中,通過閉合回路的磁通發(fā)生變化時,閉合回路中將產(chǎn)生電感電動勢和電感電流;電感電動勢的大小與副電路內(nèi)的磁通相...
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