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为什么 大电流电感额定电流有两种

信息来源:思科奇电子 发布时间:2018-11-22 浏览次数:

        在大功率DC-DC 转换器中,电感器是仅次于 IC的核心元件。通过选 择合适的电感器,能够获 得较高的转换效率。在选择 大电流电感时需要考虑的主要参数有电感值L、Isat、Irms、DCR等。但是工 程师在设计的时候往往会考虑到一个非常重要的参 数----额定电流(RatedCurrent)。究竟哪 个电流才是大电流电感的额定电流?为什么 要有饱和电流与温升电流之分?它们之 间的差异是什么呢?为了回答这样的疑问,我们在 这里对大电流电感器的额定电流进行说明。 

 
      ●  存在两 种电流参数的原因
 
     大电流 电感的额定电流有"基于自 我温度上升的额定电流"和"基于电 感值的变化率的额定电流"两种决定方法,分别具有重要的意义。
 
     基于自 我温度上升的额定电流通常称为 Irms,是以元 件的发热量为指标的额定电流规定,超出该 范围使用时可能会导致元件破损及组件故障。
 
     基于电 感值的变化率的额定电流称为 Isat,是以电 感值的下降程度为指标的额定电流规定,超出该 范围使用时可能会由于纹波电流的增加而导致 IC 控制不稳定。
     首先我们先来分析 Isat, 用下图 B-H 曲线来解释,Isat 就是指磁介质达到Bm 对应的 Hm 所需的DC电流量的大小,对于电感,即电感 下降到一定比例后的电流大小。    
     另外,根据电 感器的磁芯材料不同,磁饱和的倾向(即电感值的下降倾向)有所不同。下图曲 线图表示两种不同材料所导致的电感值的变化的示意图。对于铁氧体类型,随着直流电流的增加,曲线前 端呈现比较平坦的电感值,但当电 流值达到一定值的时候,电感值急剧下降。这种现象我们称为“硬饱和”。相反,合金粉 末系类型材料随着直流电流的增加,透磁率 的数值逐渐减少,因此电感值缓慢下降,这种现象我们成为“软饱和”。
     电感值 衰减过大会直接影响到整个电路的正常工作 ,因此一般 Isat 定义电感值衰减 ≤20%是安全的。但是也 有很多电感生产厂家习惯将Isat值衰减标示为≤30%甚至35%,这样从 数据上来看电流值相对较大,但是实 际电感在这个电流下工作衰减也很大,往往达 不到预期的效果,因此建 议工程师在选型设计的时候除了留意规格书上标明的
     Isat 值外,还要注意的就是△L的百分比是多少。
     Irms:指电感 产品的应用额定电流,也称为温升电流,即产品应用时,表面达 到一定温度时所对应的 DC 电流值。
     目前有 相当部分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 来很可能会导致因电感饱和电流低于电路的实际工作电流,会存在如下隐患:
 
      A) 电感实 际工作时因电流过大导致饱和,引起电 感量下降幅度过大造成电流纹波超出;后级电 路相当大允许规格范围造成电路干扰,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 和电流和温升电流)选择余 量不足会导致其工作时表面温度过高、整机效率降低、加速电 感本身或整机老化使其寿命缩短。
      综合上述,从介质 磁饱和状况以及温升两个方面来考量,大电流 电感的额定电流有两种,分别为 Isat 和 Irms,所以客 户工程师在开发设计的时候就要注意了,要想设 计出来的产品转换效率高,电感就 必须始终保持不饱和,低温升的状态。所以应该是综合 Isat 和 Irms 的DC电流值,取其中小的一个,这样的 设计才能达到相当理想的效果!

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