功率電感中的電流Isat , Irms 定義
在DC/DC升壓降壓電路中,電感是僅次于IC的最核心元器件。選擇好的功率電感,可獲得較高的轉(zhuǎn)換效率。功率電感選型,一般需要參考一下幾個(gè)參數(shù):L(電感值) Isat(飽和電流),Irms (溫升電流),SRF (自諧頻率),DCR(直流電阻值)以及公差。對于DCR大家都知道要越小越好,因?yàn)檫@關(guān)系到電感的熱損耗。而對SRF ,一旦超過此指標(biāo),電感就不會表現(xiàn)出電感特性,反而是電容特性了。可是對于額定電流這項(xiàng)最關(guān)鍵指標(biāo),目前有客戶有點(diǎn)犯糊涂了,怎么有兩項(xiàng)電流呢?怎么區(qū)分Isat 和 Irms 呢 ?
(1)基于電感值的變化率的電流,我們稱為Isat. 它是以電感值的下降程度為指標(biāo)的額定電流,超出該范圍使用時(shí),可能會由于紋波電流增加而導(dǎo)致IC控制不穩(wěn)。大部分電感廠商一般取電感值下降到20%的電流為Isat,也有少量廠商設(shè)為下降30%或者10%,所以選型時(shí)要特別注意這一點(diǎn).此外,根據(jù)電感磁路構(gòu)造的不同,磁飽和的傾向(即電感值的下降傾向)也有所不同。圖1是表示不同磁路構(gòu)造所導(dǎo)致的電感值的變化的示意圖。對于開磁路類型,隨著直流電流的增加,到規(guī)定電流值為止呈現(xiàn)比較平坦的電感值,但以規(guī)定電流值為境界電感值急劇下降。相反閉磁路類型, 隨著直流電流的不斷增加,透磁率的數(shù)值逐漸減少,因此電感值緩慢會平緩的下降,而不是急劇下降。
Irms:指電感產(chǎn)品的應(yīng)用額定電流,也稱為溫升電流,即產(chǎn)品應(yīng)用時(shí),表面達(dá)到一定溫度時(shí)所對應(yīng)的DC電流。業(yè)界一般是以電感產(chǎn)品自我溫升溫度不超過40度時(shí)的電流。
目前Isat 和 Irms業(yè)界沒有統(tǒng)一定義標(biāo)準(zhǔn), 現(xiàn)狀會誤導(dǎo)部分硬件工程師選型
目前有相當(dāng)部分功率電感生產(chǎn)廠家對其產(chǎn)品額定電流規(guī)格都是沿用傳統(tǒng)信號濾波處理用疊層電感額定電流標(biāo)準(zhǔn)來定義,其根據(jù)電感的溫升電流值來定義其額定工作電流。這種情況下產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師往往會按照傳統(tǒng)功率電感選型經(jīng)驗(yàn)并根據(jù)供應(yīng)商電感規(guī)格書上定義的額定電流值來衡量其實(shí)際電路中的額定工作電流,這樣一來可能會因電感Isat指標(biāo)低于電路的實(shí)際工作電流,產(chǎn)生如下隱患:
A). 電感實(shí)際工作時(shí)因電流過大導(dǎo)致飽和,引起電感量下降幅度過大造成電流紋波超出后級電路最大允許規(guī)格范圍而造成電路干擾,從而無法正常工作甚至損壞;
B).電路中實(shí)際工作電流超過電感的飽和電流有可能會因電感飽和電感量下降產(chǎn)生機(jī)械或電子噪音;
C).電路中實(shí)際工作電流超過電感的飽和電流會導(dǎo)致因電感飽和,其電感量下降引起電源帶負(fù)載時(shí)輸出電壓&電流不穩(wěn)定,造成其它單元電路系統(tǒng)死機(jī)等不穩(wěn)定異常情形;
D).電感額定電流(包括飽和和溫升電流)選擇余量不足會導(dǎo)致其工作時(shí)其表面溫度過高
總結(jié):
飽和電流是在電感上加一特定量的直流偏壓電流, 使電感的電感值相對未加電流時(shí)的電感值下降下降10%-30% (一般都是按30%來算),這個(gè)直流偏壓電流就叫該電感的飽和電流,飽和電流是越大越好。 溫升電流是在電感上加一特定量的直流偏壓電流,使電感本體溫度相對未加電流時(shí)的溫度上升不超過40℃(該溫度需穩(wěn)定30分鐘以上且不再繼續(xù)上升),這個(gè)直流偏壓電流就叫該電感的溫升電流,溫升電流也是越大越好。 在實(shí)際設(shè)計(jì)中,選擇的電感溫升電流最好要比電路中的持續(xù)電流大。