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    怎樣計算磁環電感的飽和電流

    文章出處:網責任編輯:作者: 人氣:-發表時間:2016-07-22 08:59:00

       教程針對鐵硅鋁電感,其他電感也可觸類旁通;

      X寶上賣的大電流鐵硅鋁磁環電感,電流大多是虛標的。標稱電流并不是飽和電流,只是根據導線線徑估算出來的電流,根本不管磁環的死活。

      其實制約電感電流的最大瓶頸在于磁芯,而不是繞線。而電感的飽和電流并沒有嚴格的界限,是可以自己定義的,那么問題來了,學…(誤)如何了解磁環的飽和電流呢?

      首先要理解兩個參數:安匝數 ,電感系數(至于怎么計算出來的,不用去知道),

      安匝(A·T) 與磁環的磁場密度大小成正比,安匝數越大,電感儲存的能量越多,電感系數(nH/T^2),代表一個電感的相對電感量,同一電感電流越大這個值越小,若電流不斷增大,電感系數就會最終減小到0,這代表電感的絕對飽和,但要注意,要使電感絕對飽和的電流幾乎是無限大,所以我們通常說的“飽和”是指“相對飽和”。隨著電流的增大,電感量是一直緩慢下降的,不存在階梯狀,這就出現了某個電流對應某個感量的情況,所以在選擇或制作電感時,一定要知道最小感量限制,留有余量(大電流時),打個比方,我需要的電感不能小于10uH,最大電流10A,那么選取電感的原則就是電流10A下仍然保有10uH的感量,如果用大磁環,那么原始電感量可能是12uH,但如果是小磁環,就可能要用20uH的電感了。大磁環和小磁環的區別就是繞線數量,以及你的應用允許電感量變化的范圍。

      說到這里,問題又了來,挖…(誤)

      如何計算呢?——————————--------------------------------------------------------

      進這個網站 鐵硅鋁磁環選型

      看第一行,前三列是:外徑,內徑,高度 我們很容易就能找到自己想看的磁環大小啦(注意外面顯示是噴涂前的尺寸,比實際小一點)

      后面一堆都是磁導率,如果不是超過1Mhz的高頻應用,我們只需要看125的,也就是最后一列,點進去,以77930A7為例,這就是X寶常見的27mm磁環。

    點進去下面的鏈接,彈出一個文檔

      不用看別的,只看最后一個圖

    縱軸是電感系數,橫軸是安匝數

      電感系數相關計算(單位nH),以上面電感為例,最大電感系數約157

      1,由電感量算匝數,如需要22uh,乘以1000再除以157,再開方就是你要的匝數。

      2,由匝數推算電感量,匝數平方*157/1000就是感量。

      注意:以上是理想情況,或小電流,所以電感系數的取值是最大值。

      重點是大電流應用:

      157的電感系數可以說是電流趨近于0才有這么高,哪怕增加一點電流,系數就變小了,導致電感量減小。

      留意圖上50%和80%兩條線,這兩條線就是為了大電流應用而設的!

      1,先以80%線來算,對應電感系數126,如果需要10uH,匝數是10000/126開方≈9

      所以繞9砸,那么看看現在能過多少電流:80% 對應的安匝是87左右,87/9得到9.6A

      那么9.6A代表電感飽和了嗎?NO,是指電流達到9.6A的時候,感量恰好是10uH。所以,如果你的應用允許電感下降到8uH,那就請以8uH計算匝數。如果你的應用不允許電感下降到10uH以下,那9.6A就是這個電感的飽和電流,所以飽和電流只能是相對而言,不同應用就會有不同的界定。

      回到該例子,繞了9的匝電感空載感量會是多少呢——9^2*157/1000=12.7uH,用儀器測出來的就是這個值。

      2,以50%線來算,這個值可以最大限度地利用磁芯,但要用在對感量不敏感的地方如Buck或Boost,千萬別用在諧振上。

      圖中對應系數約79,同樣需要10uH的匝數是10000/79開方=11.25,這里出現小數,要進還是舍?可以先反向演算一下,若繞11匝,感量為11^2*79/1000=9.56uH,還是能接受的,所以定為11匝。50%對應安匝數為200,電流200/11≈18.2A 增大了近兩倍,同一個磁環,只是匝數不同。

      但是為了大電流,我們必須犧牲2樣東西,一是初始電感量達到了11^2*157=19uH

      二是銅線能不能繞得下,受這兩樣制約,所以一般不會用比50%更低的系數。

      所以使用磁環時最好看圖計算,不同的磁環尺寸有不同的曲線,不能一概而論。

     

      下面看看X寶上那些暢銷的鐵硅鋁環形電感(沒有別的意思,我只是個工程師不是賣電感的)

      案例1:標稱 47uH 8A 用的17mm磁環 對應的美磁77120A7

      電感系數最大值72,47uH需要的匝數是47000/72開方=25.5理論上需26匝 ,但X寶只有25匝(真夠省的)。那么電流達到8A時電感變成多少了呢,8*25=200(安匝)等等!圖上沒有200啊臥槽!爆表了?。ㄋぃ┮钦嫔?A電流不炸雞才怪??!

      我們把電流減半,4A電流:安匝4*25=100 對應的電感系數44,那么感量變為25^2*44/1000=27.5uH 這就是現實!4A電流感量就下降了如此之多!

      假如在應用中電感不得少于40uH,反推系數得64,對應安匝32,電流只有1.28A!多么可憐的電流啊,所以這種情況下,你應該買68uH或75uH而不是47uH。

      案例2:標稱68uH 28A 用27mm磁環,就是第一圖

      16uH對應的匝數68000/157開方=20匝 安匝20*28=560又爆表了(摔?。┤∫话?4A,安匝280!臥槽QAQ還是爆表!所以說留多少余量木有底啊~親們還是乖乖計算吧。

      取個50%行了,安匝200,就是說電流只能到10A。

      這個68uH的電感,電流到10A的時候感量已經減小了一半!想不炸雞都難啊

      電感的標稱感量一定是空載測出來的,至于留多少余量,算算就知道了~

      通過這個圖可以幫助你了解電感在不同負載下的電感量變化,一般來說,對于DC-DC,推薦取50%的線來計算,這樣會使電源滿載時發熱量大大減小。

      另外,如果不是鐵硅鋁磁環,一定要找到對應磁芯的種類,網站應該都有。

      PS:寫這篇之前我看到的都是專業復雜的計算,列公式列一大堆,不要說小白了,我有基礎都看不懂,直到看到這些圖才恍然大悟,分享給DIYer們,共同進步吧;

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