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功率电感的电流该如何理解

发布时间:2020-08-26 17:20:24 浏览:4次 责任编辑:深圳杰绅电子

电感是由包括电阻、电容在内的三个最常用的无源元件之一。功能上主要作为电源转换电路中的储能元件、射频电路中感性负载和噪声滤波器元件应用。

电感器从生产工艺上分类主要有绕线式、薄膜和叠层电感;从结构上分为屏蔽和非屏蔽电感;从安装方式主要分为表面贴SMT和穿孔两类;从应用上主要有低频信号、功率和射频电感等;从材料上主要有磁性和非磁性材料,其中磁性材料有铁氧体,铁基磁粉芯等,非磁性材料主要有非磁性陶瓷等,其中铁氧体和铁基磁粉芯电感主要应用于低中高频,非磁性陶瓷电感主要用于射频应用。

电感的技术指标主要包括电感量L,直流电阻DCR,饱和电流Isat和温升电流Irms,自谐振频率SRF和品质因数Q等。

这里需要说明的是饱和电流的定义。当电感上流过的电流逐渐增大时,磁芯会逐渐进入饱和状态,电感值会逐渐下降。当磁芯完全饱和时,电感值会下降到相当于空心绕线的很小的感值。饱和电流通常的定义为当电感下降30%时的电流值。

如下图所示的标称感值为10µH的电感,电感值下降30%时的饱和电流曲线图。也有些厂家会把饱和电流定义为电感下降10%或35%。在选择不同厂家电感进行比较时需要注意这一点。

从上面的饱和电流曲线我们可以看出,此电感值大概为7µH左右时,饱和电流为5A。

电感的温升电流Irms是指当电感工作时,电感的温度上升较周围环境温度上升一定温度时的电感工作电流。因为温升是与电感消耗能量有关,而能量又与电流的有效值相关,故温升电流通常被标示为Irms.通常大多数厂家定义温度上升40℃时为电感的温升电流值。也有些厂家会分别给出温度上升20℃和45℃的电流值,如下的温升电流曲线图

从上面的温升电流曲线我们可以看出,此电感温升≤40℃时温升电流为3A。

需要注意的是,温升电流的大小和曲线与实际测量的条件密切相关,国际上也并没有一个统一的测试方法和标准。通常测量电感的温升电流要将电感焊接到测试的PCB板上进行测量,因此PCB板上的线条宽度,PCB铜箔的厚度以及测试时间等都会影响到温升电流的测试结果。另外,电感在系统中的使用条件,也会对电感性能特别是温升特性产生很大的影响。比如,如果电感在系统中靠近发热量很大的器件如CPU或者散热器,则电感的温升电流会相应减小。如果是电感靠近系统的通风孔,温升电流会相应加大。

因此温升电流只是给系统设计者提供一个参考,具体在使用中最好能对电感做一个实际温度和温升测试。

电感的饱和电流和温升电流是从两个不同的技术侧面给设计者提供有关电感的更多的技术资讯,设计应者对这两个指标有深入的了解,这对提高系统设计的性能和可靠性会有很大帮助。

例如:目前Isat和Irms业界没有统一定义标准, 现状会误导部分硬件工程师选型

目前有相当部分叠层功率电感生产厂家对其产品额定电流规格都是沿用传统信号滤波处理用叠层电感额定电流标准来定义,其根据电感的温升电流值来定义其额定工作电流。这种情况下产品设计工程师往往会按照传统功率电感选型经验并根据供应商电感规格书上定义的额定电流值来衡量其实际电路中的额定工作电流,这样一来可能会因电感Isat指标低于电路的实际工作电流,产生如下隐患:

A). 电感实际工作时因电流过大导致饱和,引起工感量下降幅度过大造成电流纹波超出后级电路最大允许规格范围而造成电路干扰,从而无法正常工作甚至损坏;

B).电路中实际工作电流超过电感的饱和电流有可能会因电感饱和电感量下降产生机械或电子噪音;

C).电路中实际工作电流超过电感的饱和电流会导致因电感饱和,其电感量下降引起电源带负载时输出电压&电流不稳定,造成其它单元电路系统死机等不稳定异常情形;

D).电感额定电流(包括饱和和温升电流)选择余量不足会导致其工作时其表面温度过高.

总结:

饱和电流是在电感上加一特定量的直流偏置电流,使电感的电感值相对未加电流时的电感值下降下降10%-35% (一般都是按30%来算),这个直流偏置电流就叫该电感的饱和电流,饱和电流是越大越好。

温升电流是在电感上加一特定量的直流偏置电流,使电感本体温度相对未加电流时的温度上升不超过40℃,该温度需稳定3小时以上且不再继续上升(有些厂商设定为30分钟或1小时以上),这个直流偏置电流就叫该电感的温升电流,温升电流也是越大越好。在实际设计中,选择的电感温升电流最好要比电路中的持续电流大。