چند نکته برای قضاوت در مورد اشباع اندوکتانسی

اندوکتانس بخش مهمی از منبع تغذیه DC/DC است. فاکتورهای زیادی برای انتخاب سلف وجود دارد، مانند مقدار اندوکتانس، DCR، اندازه و جریان اشباع. ویژگی های اشباع سلف ها اغلب به اشتباه درک می شوند و باعث ایجاد مشکل می شوند. در این مقاله چگونگی رسیدن اندوکتانس به اشباع، چگونگی تاثیر اشباع بر مدار و روش تشخیص اشباع اندوکتانسی بحث خواهد شد. 

اشباع اندوکتانسی باعث می شود

ابتدا به طور شهودی درک کنید که اشباع اندوکتانسی چیست، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است:

شکل 1

می دانیم که وقتی جریانی از سیم پیچ شکل 1 عبور می کند، سیم پیچ یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند.

هسته مغناطیسی تحت تأثیر میدان مغناطیسی مغناطیسی می شود و حوزه های مغناطیسی داخلی به آرامی می چرخند.

هنگامی که هسته مغناطیسی کاملاً مغناطیسی شود، جهت دامنه مغناطیسی با میدان مغناطیسی یکسان است، حتی اگر میدان مغناطیسی خارجی افزایش یابد، هسته مغناطیسی حوزه مغناطیسی ندارد که بتواند بچرخد و اندوکتانس وارد حالت اشباع می شود. .

از دیدگاه دیگر، در منحنی مغناطیسی نشان داده شده در شکل 2، رابطه بین چگالی شار مغناطیسی B و شدت میدان مغناطیسی H با فرمول سمت راست در شکل 2 مطابقت دارد:

هنگامی که چگالی شار مغناطیسی به Bm می رسد، چگالی شار مغناطیسی دیگر با افزایش شدت میدان مغناطیسی به طور قابل توجهی افزایش نمی یابد و اندوکتانس به اشباع می رسد.

از رابطه بین اندوکتانس و نفوذپذیری μ، می توان مشاهده کرد:

هنگامی که اندوکتانس اشباع می شود، میکرومتر به شدت کاهش می یابد و در نهایت اندوکتانس بسیار کاهش می یابد و توانایی سرکوب جریان از بین می رود.

شکل 2

نکاتی برای تعیین اشباع اندوکتانس

آیا نکاتی برای قضاوت در مورد اشباع اندوکتانس در کاربردهای عملی وجود دارد؟

می توان آن را به دو دسته اصلی خلاصه کرد: محاسبات نظری و آزمایش تجربی.

☆محاسبه نظری می تواند از حداکثر چگالی شار مغناطیسی و حداکثر جریان القایی شروع شود.

☆آزمون تجربی عمدتاً بر شکل موج جریان القایی و برخی دیگر از روش‌های قضاوت اولیه متمرکز است.

این روش ها در زیر توضیح داده شده است.

چگالی شار مغناطیسی را محاسبه کنید

این روش برای طراحی اندوکتانس با استفاده از هسته مغناطیسی مناسب است. پارامترهای اصلی شامل طول مدار مغناطیسی le، ناحیه موثر Ae و غیره است. نوع هسته مغناطیسی نیز درجه مواد مغناطیسی مربوطه را تعیین می کند، و مواد مغناطیسی مقررات مربوطه را در مورد از دست دادن هسته مغناطیسی و چگالی شار مغناطیسی اشباع ایجاد می کند.

با استفاده از این مواد می‌توان حداکثر چگالی شار مغناطیسی را با توجه به وضعیت طراحی واقعی محاسبه کرد، به شرح زیر:

در عمل، محاسبه را می توان با استفاده از ui به جای ur ساده کرد. در نهایت، در مقایسه با چگالی شار اشباع ماده مغناطیسی، می توانیم قضاوت کنیم که آیا اندوکتانس طراحی شده خطر اشباع را دارد یا خیر.

حداکثر جریان اندوکتانس را محاسبه کنید

این روش برای طراحی مستقیم مدار با استفاده از سلف های تمام شده مناسب است.

توپولوژی های مدارهای مختلف فرمول های متفاوتی برای محاسبه جریان القایی دارند.

به عنوان مثال تراشه Buck MP2145 را در نظر بگیرید، می توان آن را طبق فرمول زیر محاسبه کرد و نتیجه محاسبه شده را می توان با مقدار مشخصات اندوکتانس مقایسه کرد تا مشخص شود که آیا اندوکتانس اشباع خواهد شد یا خیر.

قضاوت بر اساس شکل موج جریان القایی

این روش همچنین رایج ترین و کاربردی ترین روش در عمل مهندسی است.

با در نظر گرفتن MP2145 به عنوان مثال، ابزار شبیه سازی MPSmart برای شبیه سازی استفاده می شود. از شکل موج شبیه سازی می توان دریافت که وقتی سلف اشباع نیست، جریان سلف یک موج مثلثی با شیب معین است. هنگامی که سلف اشباع شود، شکل موج جریان سلف دارای اعوجاج آشکاری است که ناشی از کاهش اندوکتانس پس از اشباع است.

در عمل مهندسی، برای قضاوت در مورد اشباع بودن اندوکتانس، می‌توان مشاهده کرد که آیا شکل موج جریان القایی اعوجاج دارد یا خیر.

در زیر شکل موج اندازه گیری شده روی برد MP2145 نمایش داده شده است. مشاهده می شود که پس از اشباع اعوجاج آشکاری وجود دارد که با نتایج شبیه سازی مطابقت دارد.

اندازه گیری کنید که آیا اندوکتانس به طور غیر طبیعی گرم شده است یا خیر و به سوت غیر طبیعی گوش دهید

موقعیت های زیادی در عمل مهندسی وجود دارد، ممکن است نوع هسته دقیق را ندانیم، دانستن اندازه جریان اشباع اندوکتانس دشوار است و گاهی اوقات آزمایش جریان القایی راحت نیست. در این زمان، ما همچنین می‌توانیم با اندازه‌گیری اینکه آیا القایی افزایش دما غیرعادی دارد یا با گوش دادن به اینکه آیا یک فریاد غیرطبیعی وجود دارد یا خیر، می‌توانیم به طور مقدماتی تعیین کنیم که آیا اشباع رخ داده است.

چند نکته برای تعیین اشباع اندوکتانس در اینجا معرفی شده است. امیدوارم مفید بوده باشه