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电感是三个最常用的无源元器件(电阻、电容)之一。电感在电路中主要作为储能元件、在射频电路中作为感性负载和噪声滤波器元件。
2 电感技术指标
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。
本文主要介绍电感的饱和电流Isat和温升电流Irms。
2.1 饱和电流Isat
饱和电流Isat通常的定义为电感下降20%时对应的电流值。当流经电感上的电流逐渐增大时,磁芯会进入饱和状态,电感值会下降。最后,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。另外需要注意的是,有的厂家会把饱和电流定义为电感量下降10%或30%对应的电流值。
从上图可以看出,电感的饱和电流Isat为33A。
2.2 温升电流Irms
温升电流Irms通常定义为电感温度上升40℃时对应的电流值。当电感工作时,尤其是功率电感,温度会上升。温度上升通常与电感消耗的能量大小相关,而能量又与电流的有效值相关,所以温升电流通常被标示为Irms。这里也要注意,有的厂家会分别给出电感温度上升20℃和40℃时对应的电流值。知名厂家一般会给出温升电流曲线,便于设计者查阅。
从上面的温升电流曲线我们可以看出,此电感温升20℃时温升电流为32A左右,温升40℃时电流为38.5A。
温升电流的大小和曲线与实际测量的条件密切相关,国际上目前没有一个统一的测试标准。常规做法是,将电感焊接到测试的电路板上进行测量。那么电路板上的走线宽度,铜箔的厚度以及测试时间等因素都会影响最终的测试结果。
另外,电路板在实际使用中的环境因素,也会对电感性能产生比较的影响。假如电感靠近发热量很大的器件如CPU或者散热器,那么电感的温升电流会相应减小。如果是电感靠近通风孔,温升电流则会相应加大。
所以,具体情况具体分析,数据手册中的电感温升电流只是参考值,最终效果还需要实际测量。
作为设计者,应当对电感的饱和电流Isat和温升电流Irms有深刻的认识,设计出来的系统性能和可靠性方面会比较有保障。
3 电感Isat测量
3.1 电感饱和电流Isat测量原理
当电感两端加上电压,电感激磁,电感电流随着时间线性增加:
L*di/dt=V
电感饱和时,L突然急剧变小,激磁电压不变,那么,电感电流变化率di/dt会急剧变大:
di/dt=V/L
电感电流变化率di/dt急剧变大的拐点位置,即为电感的饱和电流。
3.2 电感或变压器饱和电流的测量方法
1、用导线L1把直流电源的正端和电感的管脚A连接起来,也可以把导线L1的端点和电感的管脚A焊起来。
2、直流电源输出电压设定在10V,设定好直流电源的限流电流,可以先设定一个较小的值,比如1A。
3、将电流探头连接在示波器的接口上,电流探头的卡口端卡在导线L1上,注意电流探头的方向,和测量的电流方向一致。
4、将导线L2的一端和和直流电源的负端连接好。
5、示波器调在电流探头连接的通道触发,触发值调在较低的值,如0.2A;同时,示波器调在单次触发。
6、按直流电源输出键,输出直流电压;用手拿着导线L2的另一端,让导线头去触碰电感的管脚B端,然后迅速拿开导线L2,让导线头和电感的管脚B端脱离接触。
7、适当缩小时基,观察示波器的波形,如果电感电流的波形后面变平,则增加直流电源的限流点,重复步骤5、步骤6,直到出现如图2的电感电流波形。
8、测量电感电流波形的拐点位置,即约为电感的饱和电流。图2中,拐点位置约为13A,电感的饱和电流约为13A。
时基(X轴)和电流刻度(Y轴)开始的时候可以先设定大一些的值,然后,依据测量波形的情况,逐渐缩小到合适的范围,保证能看到完整的电流波形即可。
变压器初级的饱和电流的测量过程同上,只是测量的时候,所加的电压可以用高一些,如使用20V,或更高的电压。
从测试波形来看,当波形不再是正比例的变化的拐点就对应变压器的饱和电流。
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