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(gè)最常用的無(wú)源元件之一,功能上主要用作電源轉(zhuǎn)換電路中的儲(chǔ)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(lái)看,主要有低頻信號(hào)、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(shuō)明的是飽和電流的定義。當(dāng)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(dāng)磁芯完全飽和時(shí),電感下降到與空芯線相當(dāng)?shù)男‰姼小o柡碗娏魍ǔ6x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(dāng)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?yàn)闇厣c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(huì)定義電感溫度上升40°C時(shí)的溫升電流值。有的廠家會(huì)分別給出20℃和45℃的溫升電流值。
從上面的溫升電流曲線可以看出,當(dāng)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與實(shí)際測(cè)量條件密切相關(guān),國(guó)際上沒有統(tǒng)一的測(cè)試方法和標(biāo)準(zhǔn)。通常,要測(cè)量電感的溫升電流,應(yīng)將電感焊接到被測(cè)PCB板上進(jìn)行測(cè)量。因此,PCB板上的線寬、PCB銅箔的厚度和測(cè)試時(shí)間都會(huì)影響溫升電流的測(cè)試結(jié)果。此外,系統(tǒng)中電感的使用條件也會(huì)對(duì)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(huì)相應(yīng)降低。如果電感靠近系統(tǒng)的通風(fēng)孔,溫升電流會(huì)相應(yīng)增加。
因此溫升電流僅供系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員參考,使用中最好測(cè)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(shè)計(jì)人員提供了更多關(guān)于電感的技術(shù)信息。可靠性會(huì)有很大幫助。
目前有相當(dāng)部分疊層功率電感生產(chǎn)廠家對(duì)其產(chǎn)品額定電流規(guī)格都是沿用傳統(tǒng)信號(hào)濾波處理用疊層電感額定電流標(biāo)準(zhǔn)來(lái)定義,其根據(jù)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(shè)計(jì)工程師往往會(huì)按照傳統(tǒng)功率電感選型經(jīng)驗(yàn)并根據(jù)供應(yīng)商電感規(guī)格書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(biāo)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(dǎo)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(jí)電路最大允許規(guī)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(jī)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(dǎo)致因電感飽和,其電感量下降引起電源帶負(fù)載時(shí)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(huì)導(dǎo)致其工作時(shí)其表面溫度過(guò)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(duì)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(duì)未加電流時(shí)的溫度上升不超過(guò)40℃,該溫度需穩(wěn)定3小時(shí)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(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(shè)計(jì)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(huì)有電流流動(dòng)。此外,電感線圈中的電流無(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(xiàn)象。電感是儲(chǔ)能元件,它是在各種電路中不斷充放電的過(guò)程。根據(jù)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)中工作切斷磁力線時(shí)),就會(huì)發(fā)生磁電電感現(xiàn)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(shì)和電感電流;電感電動(dòng)勢(shì)的大小與副電路內(nèi)的磁通相...
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