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[另类]教你看懂磁环的饱和电流 [复制链接]

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离线crazyleron
 

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只看楼主 倒序阅读 我要置顶 楼主  发表于: 2014-10-22
原谅我发的不是DIY,写个理论教学
让更多的人了解功率电感的使用。教程针对铁硅铝电感,其他电感也可触类旁通


X宝上卖的大电流铁硅铝磁环电感,电流大多是虚标的。
标称电流并不是饱和电流,只是根据导线线径估算出来的电流,根本不管磁环的死活。


其实制约电感电流的最大瓶颈在于磁芯,而不是绕线。
而电感的饱和电流并没有严格的界限,是可以自己定义的
那么问题来了,学…(误)如何了解磁环的饱和电流呢?


首先要理解两个参数:安匝数 ,电感系数(至于怎么计算出来的,不用去知道)
安匝(A·T) 与磁环的磁场密度大小成正比,安匝数越大,电感储存的能量越多
电感系数(nH/T^2)  代表一个电感的相对电感量,同一电感电流越大这个值越小,


若电流不断增大,电感系数就会最终减小到0,这代表电感的绝对饱和,但要注意,要使电感绝对饱和的电流几乎是无限大,所以我们通常说的“饱和”是指“相对饱和”。
随着电流的增大,电感量是一直缓慢下降的,不存在阶梯状,这就出现了某个电流对应某个感量的情况,所以在选择或制作电感时,一定要知道最小感量限制,留有余量(大电流时)


打个比方,我需要的电感不能小于10uH,最大电流10A,那么选取电感的原则就是电流10A下仍然保有10uH的感量,如果用大磁环,那么原始电感量可能是12uH,但如果是小磁环,就可能要用20uH的电感了。大磁环和小磁环的区别就是绕线数量,以及你的应用允许电感量变化的范围。

说到这里,问题又了来,挖…(误)
如何计算呢?——————————--------------------------------------------------------
进这个网站     铁硅铝磁环选型
看第一行,前三列是:外径,内径,高度  我们很容易就能找到自己想看的磁环大小啦(注意外面显示是喷涂前的尺寸,比实际小一点)
后面一堆都是磁导率,如果不是超过1Mhz的高频应用,我们只需要看125的,也就是最后一列,点进去,以77930A7为例,这就是X宝常见的27mm磁环

点进去下面的链接,弹出一个文档
不用看别的,只看最后一个图

纵轴是电感系数,横轴是安匝数
电感系数相关计算(单位nH),以上面电感为例,最大电感系数约157
1,由电感量算匝数,如需要22uh,乘以1000再除以157,再开方就是你要的匝数。
2,由匝数推算电感量,匝数平方*157/1000就是感量。
注意:以上是理想情况,或小电流,所以电感系数的取值是最大值。


重点是大电流应用:
157的电感系数可以说是电流趋近于0才有这么高,哪怕增加一点电流,系数就变小了,导致电感量减小。
留意图上50%和80%两条线,这两条线就是为了大电流应用而设的!
1,先以80%线来算,对应电感系数126,如果需要10uH,匝数是10000/126开方≈9
所以绕9砸,那么看看现在能过多少电流:80% 对应的安匝是87左右,87/9得到9.6A
那么9.6A代表电感饱和了吗?NO,是指电流达到9.6A的时候,感量恰好是10uH。所以,如果你的应用允许电感下降到8uH,那就请以8uH计算匝数。如果你的应用不允许电感下降到10uH以下,那9.6A就是这个电感的饱和电流,所以饱和电流只能是相对而言,不同应用就会有不同的界定。
回到该例子,绕了9的匝电感空载感量会是多少呢——9^2*157/1000=12.7uH,用仪器测出来的就是这个值。


2,以50%线来算,这个值可以最大限度地利用磁芯,但要用在对感量不敏感的地方如Buck或Boost,千万别用在谐振上。
图中对应系数约79,同样需要10uH的匝数是10000/79开方=11.25,这里出现小数,要进还是舍?可以先反向演算一下,若绕11匝,感量为11^2*79/1000=9.56uH,还是能接受的,所以定为11匝。50%对应安匝数为200,电流200/11≈18.2A 增大了近两倍,同一个磁环,只是匝数不同。
但是为了大电流,我们必须牺牲2样东西,一是初始电感量达到了11^2*157=19uH
二是铜线能不能绕得下,受这两样制约,所以一般不会用比50%更低的系数。


所以使用磁环时最好看图计算,不同的磁环尺寸有不同的曲线,不能一概而论。


下面看看X宝上那些畅销的铁硅铝环形电感(没有别的意思,我只是个工程师不是卖电感的
案例1:标称 47uH 8A    用的17mm磁环  对应的美磁77120A7

电感系数最大值72,47uH需要的匝数是47000/72开方=25.5理论上需26匝 ,但X宝只有25匝(真够省的)。那么电流达到8A时电感变成多少了呢,8*25=200(安匝)等等!图上没有200啊卧槽!爆表了!(摔)要是真上8A电流不炸鸡才怪啊!
我们把电流减半,4A电流:安匝4*25=100 对应的电感系数44,那么感量变为25^2*44/1000=27.5uH  这就是现实!4A电流感量就下降了如此之多!
假如在应用中电感不得少于40uH,反推系数得64,对应安匝32,电流只有1.28A!多么可怜的电流啊,所以这种情况下,你应该买68uH或75uH而不是47uH。


案例2:标称68uH 28A  用27mm磁环,就是第一图
16uH对应的匝数68000/157开方=20匝   安匝20*28=560又爆表了(摔!)取一半14A,安匝280!卧槽QAQ还是爆表!所以说留多少余量木有底啊~亲们还是乖乖计算吧。
取个50%行了,安匝200,就是说电流只能到10A。
这个68uH的电感,电流到10A的时候感量已经减小了一半!想不炸鸡都难啊


电感的标称感量一定是空载测出来的,至于留多少余量,算算就知道了~
通过这个图可以帮助你了解电感在不同负载下的电感量变化,一般来说,对于DC-DC,推荐取50%的线来计算,这样会使电源满载时发热量大大减小。


另外,如果不是铁硅铝磁环,一定要找到对应磁芯的种类,网站应该都有。


PS:写这篇之前我看到的都是专业复杂的计算,列公式列一大堆,不要说小白了,我有基础都看不懂,直到看到这些图才恍然大悟,分享给DIYer们,共同进步吧










[ 此帖被crazyleron在2014-10-23 00:12重新编辑 ]
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谢谢!学习了,
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高手,看完这个终于明白了。。
以前下载过一本讲电学,磁学和开关电源磁芯设计之类的书,满满的公式完全看不懂啊。。LZ这么一讲还算明白些了
看来X宝上的这些磁环标的电流都不能信啊。。还是自己买磁芯计算好了再绕线比较好吧。。
那么问题来了~挖掘机技术哪家强 (没有斜眼笑好不习惯。。)电感的绕线到底应该绕到什么程度?是只要能塞进去就都没问题吗?
离线tesoro

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请教下楼主,自己DIY的话,如果类似功率器件一样,标称减半使用是不是就可靠一点
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顶,好文章,以前不知道啊,有点明白了
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非常厉害!学习了
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