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電感是DC / DC電源中的重要組成部分。選擇電感需要考慮很多因素，例如電感值、DCR、尺寸和飽和電流。電感的飽和特性常會(huì)被人們誤解而帶來麻煩。本文將探討電感如何達(dá)到飽和、飽和如何影響電路，以及檢測電感飽和的方法。
電感飽和的原因請(qǐng)參見圖1和下面的電感飽和步驟，來了解電感是如何達(dá)到飽和的：
當(dāng)電流通過圖1中的線圈時(shí)，線圈會(huì)產(chǎn)生磁場；
磁芯被磁場磁化，其內(nèi)部磁疇會(huì)緩慢旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)磁芯被完全磁化后，磁疇的方向與磁場一致。這時(shí)，即使添加外部磁場，磁芯內(nèi)也沒有旋轉(zhuǎn)的磁疇。此時(shí)，電感達(dá)到飽和。
圖1：電感飽和示意圖
圖2從另一個(gè)角度表達(dá)了電感的飽和，并通過方程式顯示了系統(tǒng)的磁通密度（B）和磁場強(qiáng)度（H）如何影響電感。
當(dāng)磁通密度達(dá)到BM時(shí)，磁通密度不再隨磁場強(qiáng)度的增強(qiáng)而增加，此時(shí)電感達(dá)到飽和。
再看電感和磁導(dǎo)率（μ）之間的關(guān)系。當(dāng)電感飽和后，磁導(dǎo)率將大幅減小，從而導(dǎo)致電感大幅降低，并失去抑制電流的能力。
圖2：磁化曲線和公式
判斷電感飽和的技巧：在實(shí)際應(yīng)用中判斷電感飽和的方法分為兩大類：理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測試。圖3總結(jié)了這些方法。
圖3：判斷電感飽和的方法
理論計(jì)算需要計(jì)算最大磁通密度或最大電感電流，而實(shí)驗(yàn)測試則主要集中在觀察電感電流波形和其他的初步判斷方法上。具體請(qǐng)看下面的詳細(xì)描述。
方法1：計(jì)算磁通密度這種方法適用于采用磁芯來設(shè)計(jì)電感的場景。磁芯參數(shù)包括磁路長度（lE）和有效面積（AE）。磁芯類型還決定了相應(yīng)的磁材等級(jí)。磁性材料也必須對(duì)磁芯損耗和飽和磁通密度進(jìn)行相應(yīng)的規(guī)定（參見圖4）。
圖4：電感參數(shù)和特性
有了這些資料，我們就可以根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)方案計(jì)算出最大磁通密度。圖5顯示了最大磁通密度的計(jì)算公式。
圖5: 磁通密度計(jì)算公式
實(shí)際中的計(jì)算可以簡化，用μI代替μR。當(dāng)與磁性材料的飽和磁通密度進(jìn)行比較時(shí)，就可以判斷設(shè)計(jì)的電感是否存在飽和風(fēng)險(xiǎn)。
方法2：計(jì)算最大電感電流當(dāng)采用現(xiàn)有電感來設(shè)計(jì)電路時(shí)，可以采用這種方法。不同電路拓?fù)湎?，電感電流的?jì)算公式也不同。
以開關(guān)模式變換器MP2145為例，可以根據(jù)以下公式計(jì)算電感電流，并將計(jì)算結(jié)果與電感規(guī)格進(jìn)行比較，以判斷電感是否會(huì)達(dá)到飽和（見圖6）。
圖6：以 MP2145為例計(jì)算最大電感電流
方法3：通過電感電流波形判斷電感是否飽和此方法是工程師可用的最常見且最實(shí)用的方法。
我們采用MPSmart仿真工具，以MP2145為例來說明。從仿真波形中可以看到，當(dāng)電感不飽和時(shí)，電感電流是具有一定斜率的三角波。當(dāng)電感飽和時(shí)，電感電流波形會(huì)產(chǎn)生明顯失真，這種失真是由飽和后電感降低引起的（請(qǐng)參見圖7）。
圖7：MP2145的仿真電感電流波形
我們可以觀察電感電流波形中的失真來確定電感何時(shí)達(dá)到飽和。
圖8顯示了MP2145評(píng)估板上測得的波形?？梢钥闯?，當(dāng)電感飽和后有明顯失真，這與仿真結(jié)果相符。
圖8：MP2145評(píng)估板的實(shí)際電感電流波形
方法4：測量電感的異常溫升并通過可聞噪聲來判斷如果不知道系統(tǒng)的核心模型，則可能很難確定電感的飽和電流。有時(shí)候，測量電感電流也不是很方便，因?yàn)榭赡苄枰獙㈦姼袕腜CB上部分抬起以測量其電流。所以，我們可以采用另一個(gè)技巧，即使用熱像儀測量電感溫度。如果溫度明顯超出設(shè)計(jì)預(yù)期，則可能表明電感已飽和（見圖9）。另外，將耳朵靠近電感，如果它發(fā)出聲音，則也可能表明它已經(jīng)飽和。
圖9：使用熱像儀測量電感溫度
在設(shè)計(jì)帶電感的電源時(shí)，避免電感飽和非常重要。本文介紹了導(dǎo)致磁飽和的一些物理特性，給出了為電路選擇合適電感值的公式和電感飽和時(shí)的電流波形圖，同時(shí)還提供了觀察應(yīng)用中電感是否飽和的其他一些技巧。如果您正在為設(shè)計(jì)項(xiàng)目選擇電感，請(qǐng)參見我們最新的電感產(chǎn)品目錄。
