اندوکتانس بخش مهمی از منبع تغذیه DC/DC است. هنگام انتخاب سلف، عوامل زیادی مانند مقدار اندوکتانس، DCR، اندازه و جریان اشباع باید در نظر گرفته شوند. ویژگی‌های اشباع سلف‌ها اغلب اشتباه درک می‌شوند و باعث مشکل می‌شوند. این مقاله در مورد چگونگی رسیدن اندوکتانس به اشباع، چگونگی تأثیر اشباع بر مدار و روش تشخیص اشباع اندوکتانس بحث خواهد کرد.
علل اشباع القایی
ابتدا، به طور شهودی بفهمید که اشباع اندوکتانس چیست، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است:
شکل ۱
می‌دانیم که وقتی جریانی از سیم‌پیچ شکل ۱ عبور می‌کند، سیم‌پیچ یک میدان مغناطیسی تولید می‌کند؛
هسته مغناطیسی تحت عمل میدان مغناطیسی مغناطیسی می‌شود و دامنه‌های مغناطیسی داخلی به آرامی می‌چرخند.
وقتی هسته مغناطیسی کاملاً مغناطیسی می‌شود، جهت دامنه مغناطیسی کاملاً مشابه میدان مغناطیسی است، حتی اگر میدان مغناطیسی خارجی افزایش یابد، هسته مغناطیسی هیچ دامنه مغناطیسی ندارد که بتواند بچرخد و اندوکتانس وارد حالت اشباع می‌شود.
از نقطه نظر دیگر، در منحنی مغناطش نشان داده شده در شکل ۲، رابطه بین چگالی شار مغناطیسی B و شدت میدان مغناطیسی H با فرمول سمت راست در شکل ۲ مطابقت دارد:
وقتی چگالی شار مغناطیسی به Bm می‌رسد، چگالی شار مغناطیسی دیگر با افزایش شدت میدان مغناطیسی به طور قابل توجهی افزایش نمی‌یابد و اندوکتانس به اشباع می‌رسد.
از رابطه بین اندوکتانس و نفوذپذیری μ، می‌توانیم ببینیم:
وقتی اندوکتانس اشباع شود، میکرومتر به شدت کاهش می‌یابد و در نهایت اندوکتانس به شدت کاهش می‌یابد و توانایی سرکوب جریان از بین می‌رود.
شکل ۲
نکاتی برای تعیین اشباع اندوکتانس
آیا نکاتی برای تشخیص اشباع اندوکتانس در کاربردهای عملی وجود دارد؟
می‌توان آن را به دو دسته اصلی خلاصه کرد: محاسبات نظری و آزمایش تجربی.
☆محاسبه نظری می‌تواند از حداکثر چگالی شار مغناطیسی و حداکثر جریان القایی شروع شود.
☆آزمایش تجربی عمدتاً بر شکل موج جریان القایی و برخی دیگر از روش‌های قضاوت اولیه تمرکز دارد.
این روش‌ها در زیر شرح داده شده‌اند.
چگالی شار مغناطیسی را محاسبه کنید
این روش برای طراحی اندوکتانس با استفاده از هسته مغناطیسی مناسب است. پارامترهای هسته شامل طول مدار مغناطیسی le، مساحت مؤثر Ae و غیره است. نوع هسته مغناطیسی همچنین درجه ماده مغناطیسی مربوطه را تعیین می‌کند و ماده مغناطیسی تمهیدات مربوطه را در مورد تلفات هسته مغناطیسی و چگالی شار مغناطیسی اشباع ایجاد می‌کند.
با این مواد، می‌توانیم حداکثر چگالی شار مغناطیسی را با توجه به شرایط طراحی واقعی، به شرح زیر محاسبه کنیم:
در عمل، محاسبه را می‌توان با استفاده از ui به جای ur ساده کرد؛ در نهایت، با مقایسه با چگالی شار اشباع ماده مغناطیسی، می‌توانیم قضاوت کنیم که آیا اندوکتانس طراحی شده خطر اشباع شدن را دارد یا خیر.
حداکثر جریان القایی را محاسبه کنید
این روش برای طراحی مستقیم مدار با استفاده از سلف‌های تکمیل‌شده مناسب است.
توپولوژی‌های مختلف مدار، فرمول‌های متفاوتی برای محاسبه جریان القایی دارند.
به عنوان مثال، تراشه Buck MP2145 را در نظر بگیرید، می‌توان آن را طبق فرمول زیر محاسبه کرد و نتیجه محاسبه شده را می‌توان 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 رایج‌ترین و کاربردی‌ترین روش در عمل مهندسی است.
با در نظر گرفتن MP2145 به عنوان مثال، از ابزار شبیه‌سازی MPSmart برای شبیه‌سازی استفاده شده است. از شکل موج شبیه‌سازی می‌توان دریافت که وقتی سلف اشباع نشده است، جریان سلف یک موج مثلثی با شیب مشخص است. وقتی سلف اشباع شده است، شکل موج جریان سلف اعوجاج آشکاری خواهد داشت که ناشی از کاهش اندوکتانس پس از اشباع است.
در عمل مهندسی، می‌توانیم مشاهده کنیم که آیا اعوجاجی در شکل موج جریان القایی وجود دارد یا خیر، بر این اساس می‌توانیم قضاوت کنیم که آیا القایی اشباع شده است یا خیر.
در زیر شکل موج اندازه‌گیری شده روی برد آزمایشی MP2145 آمده است. می‌توان مشاهده کرد که پس از اشباع، اعوجاج آشکاری وجود دارد که با نتایج شبیه‌سازی سازگار است.
بررسی کنید که آیا اندوکتانس به طور غیرعادی گرم شده است یا خیر و به صدای سوت غیرعادی گوش دهید.
در عمل مهندسی موقعیت‌های زیادی وجود دارد، ممکن است نوع دقیق هسته را ندانیم، دانستن اندازه جریان اشباع اندوکتانس دشوار است و گاهی اوقات آزمایش جریان اندوکتانس راحت نیست؛ در این زمان، می‌توانیم با اندازه‌گیری افزایش دمای غیرعادی اندوکتانس یا گوش دادن به صدای جیغ غیرعادی، از قبل مشخص کنیم که آیا اشباع رخ داده است یا خیر.
چند نکته برای تعیین اشباع اندوکتانس در اینجا معرفی شده است. امیدوارم مفید بوده باشد.
زمان ارسال: ژوئیه-07-2023
