秒懂电感饱和：原理与判断方法详解
秒懂电感饱和：原理与判断方法详解
电感饱和是电子工程领域一个重要的概念，它不仅影响电路的正常工作，还可能导致元器件损坏。本文将从电感饱和的物理原理出发，详细介绍其判断方法，帮助工程师在实际应用中避免电感饱和带来的问题。
电感饱和的原因
让我们直观地认识一下什么是电感饱和，如图1所示：
- 当电流通过图1中的线圈时，线圈会产生磁场；
- 磁芯在磁场的作用下会被磁化，其内部磁畴会慢慢旋转；
- 当磁芯被完全磁化时，磁畴方向全部和磁场一致，即使再增加外磁场，磁芯也没有可以旋转的磁畴了，此时的电感就进入了饱和状态。
从另一个角度来看，如图2所示的磁化曲线，磁通密度B与磁场强度H之间满足图2中右侧公式：
- 当磁通密度达到Bm时，磁通密度不再随磁场强度的增大而大幅度增大，此时电感达到饱和。
- 由电感与磁导率µ的关系式可知：当电感饱和后，µ会大幅度减小，最终导致电感量大幅降低，失去抑制电流的能力。
判断电感饱和的诀窍
在实际应用中有没有判断电感饱和的诀窍呢？可以总结为两大类：理论计算和实验测试。
- 理论计算可从最大磁通密度和最大电感电流入手；
- 实验测试主要关注电感电流波形和一些其他初步判断方法。
下面就一一介绍这些方法。
计算磁通密度
此方法适用于利用磁芯来设计电感的场景。磁芯参数包括磁路长度le，有效面积Ae等。磁芯的型号还决定了相应的磁材牌号，磁材对磁芯损耗，饱和磁通密度等做了相应规定。
有了这些材料，我们就能根据实际设计情况来计算最大磁通密度，公式如下：
实际中可简化计算，用ui来代替ur；最后与磁材饱和磁通密度相比较，就能判断设计的电感是否有饱和的风险。
计算最大电感电流
此方法适用于直接利用成品电感来设计电路。不同的电路拓扑对电感电流计算有不同的公式。以Buck芯片MP2145为例，可以按照如下公式计算，将计算结果与电感规格值相比较就能判断电感是否会饱和。
通过电感电流波形判断
此方法也是工程实际中最常见和最实用的的方法。还是以MP2145为例，使用MPSmart仿真工具进行仿真，从仿真波形可以知道，当电感没有饱和时，电感电流是一个斜率一定的三角波，当电感饱和时电感电流波形会有一个明显畸变，这是由于饱和后感量降低造成的。
我们在工程实际中就可以基于此观察电感电流波形是否存在畸变，来判断电感是否饱和。
下面是在MP2145 Demo板上实测波形，可以看到饱和后有明显的畸变，与仿真结果一致。
测量电感是否异常升温，听是否有异常啸叫
在工程实际中还有很多情况，我们可能不能准确知道磁芯型号，也很难知道电感饱和电流大小，有时候也不能方便的测试电感电流；这时候我们还可以通过测量电感是否有异常温升，或者听是否有异常啸叫等手段来初步判断是否发生了饱和。
到此判断电感饱和的几个小诀窍已经介绍完了。希望对大家有所帮助。