如何理解功率电感的电流?电感是由包括电阻、电容在内的三个最常用的无源元件之一,功能上主要用作电源转换电路中的储能元件、射频电路中的感性负载和噪声滤波元件。
电感器从生产工艺上主要分为绕线型、薄膜型和叠层型电感器;从结构上分为屏蔽电感和非屏蔽电感;从安装方式上,主要分为表面贴装SMT和穿孔;从应用来看,主要有低频信号、功率和射频电感等;从材料上看,主要有磁性材料和非磁性材料,其中磁性材料有铁氧体、铁基磁粉芯等,非磁性材料主要有非磁性陶瓷,其中铁氧体和铁基磁粉芯电感主要用于低、中、高频,非磁性陶瓷电感主要用于射频应用。
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。
这里需要说明的是饱和电流的定义。当流过电感的电流逐渐增大时,磁芯会逐渐进入饱和状态,电感值会逐渐减小。当磁芯完全饱和时,电感下降到与空芯线相当的小电感。饱和电流通常定义为电感下降30%时的电流值。
电感的温升电流Irms是指在电感工作时,当电感温度上升到高于环境温度一定温度时,电感的工作电流。因为温升与电感消耗的能量有关,而能量又与电流的有效值有关,所以通常将温升电流标记为Irms。通常,大多数制造商都会定义电感温度上升40°C时的温升电流值。有的厂家会分别给出20℃和45℃的温升电流值。
从上面的温升电流曲线可以看出,当温升小于等于40℃时,该电感的温升电流为3A。
需要注意的是,温升电流的大小和曲线与实际测量条件密切相关,国际上没有统一的测试方法和标准。通常,要测量电感的温升电流,应将电感焊接到被测PCB板上进行测量。因此,PCB板上的线宽、PCB铜箔的厚度和测试时间都会影响温升电流的测试结果。此外,系统中电感的使用条件也会对电感的性能产生很大影响,尤其是温升特性。例如,如果电感靠近系统中产生大量热量的器件(如CPU或散热器),则电感的温升电流会相应降低。如果电感靠近系统的通风孔,温升电流会相应增加。
因此温升电流仅供系统设计人员参考,使用中最好测试电感的实际温度和温升。
电感的饱和电流和温升电流从两个不同的技术方面为设计人员提供了更多关于电感的技术信息。可靠性会有很大帮助。
目前有相当部分叠层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叠层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,这样一来可能会因电感Isat指标低于电路的实际工作电流,产生如下隐患:
A). 电感实际工作时因电流过大导致饱和,引起工感量下降幅度过大造成电流纹波超出后级电路最大允许规格范围而造成电路干扰,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(包括饱和和温升电流)选择余量不足会导致其工作时其表面温度过高.
总结:
饱和电流是在电感上加一特定量的直流偏置电流,使电感的电感值相对未加电流时的电感值下降下降10%-35% (一般都是按30%来算),这个直流偏置电流就叫该电感的饱和电流,饱和电流是越大越好。
温升电流是在电感上加一特定量的直流偏置电流,使电感本体温度相对未加电流时的温度上升不超过40℃,该温度需稳定3小时以上且不再继续上升(有些厂商设定为30分钟或1小时以上),这个直流偏置电流就叫该电感的温升电流,温升电流也是越大越好。在实际设计中,选择的电感温升电流最好要比电路中的持续电流大。
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