深圳市慈才電子有限公司

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怎樣計算磁環電感的飽和電流

怎樣計算磁環電感的飽和電流

釋出於•₪│:2018年7月13日 作者•₪│:深圳市慈才電子有限公司 點選量•₪│:0

教程針對鐵矽鋁電感☁₪╃╃•,其他電感也可觸類旁通;
X寶上賣的大電流鐵矽鋁磁環電感☁₪╃╃•,電流大多是虛標的☁▩✘✘。標稱電流並不是飽和電流☁₪╃╃•,只是根據導線線徑估算出來的電流☁₪╃╃•,根本不管磁環的死活☁▩✘✘。
其實制約電感電流的**大瓶頸在於磁芯☁₪╃╃•,而不是繞線☁▩✘✘。而電感的飽和電流並沒有嚴格的界限☁₪╃╃•,是可以自己定義的☁₪╃╃•,那麼問題來了☁₪╃╃•,學…(誤)如何瞭解磁環的飽和電流呢··▩☁☁?

首先要理解兩個引數•₪│:安匝數 ☁₪╃╃•,電感係數(至於怎麼計算出來的☁₪╃╃•,不用去知道)☁₪╃╃•,
安匝(A·T) 與磁環的磁場密度大小成正比☁₪╃╃•,安匝數越大☁₪╃╃•,電感儲存的能量越多☁₪╃╃•,電感係數(nH/T^2)☁₪╃╃•,代表一個電感的相對電感量☁₪╃╃•,同一電感電流越大這個值越小☁₪╃╃•,若電流不斷增大☁₪╃╃•,電感係數就會**終減小到0☁₪╃╃•,這代表電感的**飽和☁₪╃╃•,但要注意☁₪╃╃•,要使電感**飽和的電流幾乎是無限大☁₪╃╃•,所以我們通常說的“飽和”是指“相對飽和”☁▩✘✘。隨著電流的增大☁₪╃╃•,電感量是一直緩慢下降的☁₪╃╃•,不存在階梯狀☁₪╃╃•,這就出現了某個電流對應某個感量的情況☁₪╃╃•,所以在選擇或製作電感時☁₪╃╃•,一定要知道**小感量限制☁₪╃╃•,留有餘量(大電流時)☁₪╃╃•,打個比方☁₪╃╃•,我需要的電感不能小於10uH☁₪╃╃•,**大電流10A☁₪╃╃•,那麼選取電感的原則就是電流10A下仍然保有10uH的感量☁₪╃╃•,如果用大磁環☁₪╃╃•,那麼原始電感量可能是12uH☁₪╃╃•,但如果是小磁環☁₪╃╃•,就可能要用20uH的電感了☁▩✘✘。大磁環和小磁環的區別就是繞線數量☁₪╃╃•,以及你的應用允許電感量變化的範圍☁▩✘✘。

說到這裡☁₪╃╃•,問題又了來☁₪╃╃•,挖…(誤)

如何計算呢··▩☁☁?——————————--------------------------------------------------------
進這個網站•₪│:     鐵矽鋁磁環選型 
看**行☁₪╃╃•,前三列是•₪│:外徑☁₪╃╃•,內徑☁₪╃╃•,高度  我們很容易就能找到自己想看的磁環大小啦(注**面顯示是噴塗前的尺寸☁₪╃╃•,比實際小一點)
後面一堆都是磁導率☁₪╃╃•,如果不是超過1Mhz的高頻應用☁₪╃╃•,我們只需要看125的☁₪╃╃•,也就是**後一列☁₪╃╃•,點進去☁₪╃╃•,以77930A7為例☁₪╃╃•,這就是X寶常見的27mm磁環☁▩✘✘。

點進去下面的連結☁₪╃╃•,彈出一個文件
不用看別的☁₪╃╃•,只看**後一個圖

縱軸是電感係數☁₪╃╃•,橫軸是安匝數
電感係數相關計算(單位nH)☁₪╃╃•,以上面電感為例☁₪╃╃•,**大電感係數約157
1☁₪╃╃•,由電感量算匝數☁₪╃╃•,如需要22uh☁₪╃╃•,乘以1000再除以157☁₪╃╃•,再開方就是你要的匝數☁▩✘✘。
2☁₪╃╃•,由匝數推算電感量☁₪╃╃•,匝數平方*157/1000就是感量☁▩✘✘。
注意•₪│:以上是理想情況☁₪╃╃•,或小電流☁₪╃╃•,所以電感係數的取值是**大值☁▩✘✘。
重點是大電流應用•₪│:
157的電感係數可以說是電流趨近於0才有這麼高☁₪╃╃•,哪怕增加一點電流☁₪╃╃•,係數就變小了☁₪╃╃•,導致電感量減小☁▩✘✘。
留意圖上50%和80%兩條線☁₪╃╃•,這兩條線就是為了大電流應用而設的◕│•₪☁!
1☁₪╃╃•,先以80%線來算☁₪╃╃•,對應電感係數126☁₪╃╃•,如果需要10uH☁₪╃╃•,匝數是10000/126開方≈9
所以繞9砸☁₪╃╃•,那麼看看現在能過多少電流•₪│:80% 對應的安匝是87左右☁₪╃╃•,87/9得到9.6A
那麼9.6A代表電感飽和了嗎··▩☁☁?NO☁₪╃╃•,是指電流達到9.6A的時候☁₪╃╃•,感量恰好是10uH☁▩✘✘。所以☁₪╃╃•,如果你的應用允許電感下降到8uH☁₪╃╃•,那就請以8uH計算匝數☁▩✘✘。如果你的應用不允許電感下降到10uH以下☁₪╃╃•,那9.6A就是這個電感的飽和電流☁₪╃╃•,所以飽和電流只能是相對而言☁₪╃╃•,不同應用就會有不同的界定☁▩✘✘。
回到該例子☁₪╃╃•,繞了9的匝電感空載感量會是多少呢——9^2*157/1000=12.7uH☁₪╃╃•,用儀器測出來的就是這個值☁▩✘✘。

2☁₪╃╃•,以50%線來算☁₪╃╃•,這個值可以**大限度地利用磁芯☁₪╃╃•,但要用在對感量不敏感的地方如Buck或Boost☁₪╃╃•,千萬別用在諧振上☁▩✘✘。
圖中對應係數約79☁₪╃╃•,同樣需要10uH的匝數是10000/79開方=11.25☁₪╃╃•,這裡出現小數☁₪╃╃•,要進還是舍··▩☁☁?可以先反向演算一下☁₪╃╃•,若繞11匝☁₪╃╃•,感量為11^2*79/1000=9.56uH☁₪╃╃•,還是能接受的☁₪╃╃•,所以定為11匝☁▩✘✘。50%對應安匝數為200☁₪╃╃•,電流200/11≈18.2A 增大了近兩倍☁₪╃╃•,同一個磁環☁₪╃╃•,只是匝數不同☁▩✘✘。
但是為了大電流☁₪╃╃•,我們必須犧牲2樣東西☁₪╃╃•,一是初始電感量達到了11^2*157=19uH
二是銅線能不能繞得下☁₪╃╃•,受這兩樣制約☁₪╃╃•,所以一般不會用比50%更低的係數☁▩✘✘。
所以使用磁環時**好看圖計算☁₪╃╃•,不同的磁環尺寸有不同的曲線☁₪╃╃•,不能一概而論☁▩✘✘。

下面看看X寶上那些**的鐵矽鋁環形電感(沒有別的意思☁₪╃╃•,我只是個工程師不是賣電感的)
案例1•₪│:標稱 47uH 8A    用的17mm磁環  對應的美磁77120A7

電感係數**大值72☁₪╃╃•,47uH需要的匝數是47000/72開方=25.5理論上需26匝 ☁₪╃╃•,但X寶只有25匝(真夠省的)☁▩✘✘。那麼電流達到8A時電感變成多少了呢☁₪╃╃•,8*25=200(安匝)等等◕│•₪☁!圖上沒有200啊臥槽◕│•₪☁!爆表了◕│•₪☁!(摔)要是真上8A電流不**雞才怪啊◕│•₪☁!
我們把電流減半☁₪╃╃•,4A電流•₪│:安匝4*25=100 對應的電感係數44☁₪╃╃•,那麼感量變為25^2*44/1000=27.5uH  這就是現實◕│•₪☁!4A電流感量就下降了如此之多◕│•₪☁!
假如在應用中電感不得少於40uH☁₪╃╃•,反推係數得64☁₪╃╃•,對應安匝32☁₪╃╃•,電流只有1.28A◕│•₪☁!多麼可憐的電流啊☁₪╃╃•,所以這種情況下☁₪╃╃•,你應該買68uH或75uH而不是47uH☁▩✘✘。
案例2•₪│:標稱68uH 28A  用27mm磁環☁₪╃╃•,就是**圖
16uH對應的匝數68000/157開方=20匝   安匝20*28=560又爆表了(摔◕│•₪☁!)取一半14A☁₪╃╃•,安匝280◕│•₪☁!臥槽QAQ還是爆表◕│•₪☁!所以說留多少餘量木有底啊~親們還是乖乖計算吧☁▩✘✘。
取個50%行了☁₪╃╃•,安匝200☁₪╃╃•,就是說電流只能到10A☁▩✘✘。
這個68uH的電感☁₪╃╃•,電流到10A的時候感量已經減小了一半◕│•₪☁!想不**雞都難啊
電感的標稱感量一定是空載測出來的☁₪╃╃•,至於留多少餘量☁₪╃╃•,算算就知道了~
透過這個圖可以幫助你瞭解電感在不同負載下的電感量變化☁₪╃╃•,一般來說☁₪╃╃•,對於DC-DC☁₪╃╃•,**取50%的線來計算☁₪╃╃•,這樣會使電源滿載時發熱量大大減小☁▩✘✘。
另外☁₪╃╃•,如果不是鐵矽鋁磁環☁₪╃╃•,一定要找到對應磁芯的種類☁₪╃╃•,網站應該都有☁▩✘✘。
PS•₪│:寫這篇之前我看到的都是**複雜的計算☁₪╃╃•,列公式列一大堆☁₪╃╃•,不要說小白了☁₪╃╃•,我有基礎都看不懂☁₪╃╃•,直到看到這些圖才恍然大悟☁₪╃╃•,分享給DIYer們☁₪╃╃•,共同進步吧

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