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功率电感选择有诀窍,额定电流给你支高招

时间:2021-08-10 06:30:14 点击:

在实际的电源设计中,功率电感的选择尤为关键。

在 DC-DC 转换器中,电感器是仅次于 IC 的核心元件。

通过选择恰当的电感器,能够获得较高的转换效率。

在选择电感器时所使用的主要参数有电感值、额定电流、直流电阻等。

其中在选择功率电感的额定电流时,根据电感的规格书,会发现电感的额定电流有两种,这两个额定电流的定义是什么呢,在选型电感时,我们应该如何选择合适的电流参数,下面会做一定的解释。

 

两种额定电流的解释

1、Heating Current

功率电感在 DC-DC 电路中,电流经过时,会消耗一定的功率(铜耗 Copperloss+磁耗 Coreloss),消耗功率会导致电感的温度上升,电感一般工作温度有一定范围,比如 WE 的电感允许的 operating temperature: -40°C - + 125°C,ambient  temperature: -40°C - + 85°C。

为了电感可以在一定的温度范围内正常工作,电感厂商会给出一个"基于电感温度上升的额定电流"即 Heating Current,这个参数的限定值是根据电流在电感上的热效应定义的,在大部分公司的电感的手册里,以 Idc(直流电流)来表示这个电流。


Heating Current 定义为在电感上加上一定的直流电流,在自然对流的冷却条件下,电感上的温升为 40°C 时,电感里通过电流的电流值。


不同厂商的 Heating Current 的定义可能略有出入,在选型器件时,需详细看一下数据表格下面的 note。


注意:评估 Heating Current 一般都是直流电流,因为直流电流不会导致电感的铁损,如果采用交流电流来评估的话,情况就复杂的多。


2、Saturation Current (饱和电流)

电感中直流电流的增加时,电感透磁率的数值会逐渐减少,因此电感值会缓慢下降。

电感厂商会根据电感的电感值的下降程度为指标的额定电流,"基于电感值的变化率的额定电流",即 Saturation Current,大部分电感厂商将电感值下降 20%时的通过电感直流电流作为额定电流。

下图是 Wurth 公司某款电感的电感值 vs 电流的曲线图。

该款电感规格书上将 saturation current 设定为电感值下降 10%时的电流值,为 16.6A。

如果将 saturation current 设定为电感值下降 20%时的电流值的话,大约为 18.2A。

 


 

设计中如何选择额定电流

Heating Current 是评估的电感的热效应,如果超过这个参数使用的话,会导致电感过热。


Saturation Current,是以电感值的下降程度为指标的额定电流,在开关电源中,超出该范围使用时可能会由于纹波电流的增加而导致 IC 控制不稳定。


所以在实际的使用中,简单来说,一般选择两个电流值里面比较小的那个作为设计限值。

比如下图中的 4 个 PLUSE 电感的 Irated,均取的 Heating Current 和 Saturation Current 其中的相对小的那个作为额定电流 。

(注意 PA1513.321 这个器件,为什么 Irated 不是 45A?注意 Pulse 的 Saturation Current 定义为 20%的电感值下降,41A 的时候只有 10%的电感值下降。

)


为了系统更可靠,在实际的设计中,一般还会作 20%以上的降额使用。


 

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