Độ tự cảm là một phần quan trọng của nguồn điện DC/DC. Có nhiều yếu tố cần xem xét khi lựa chọn cuộn cảm, chẳng hạn như giá trị độ tự cảm, DCR, kích thước và dòng điện bão hòa. Đặc tính bão hòa của cuộn cảm thường bị hiểu sai và gây ra sự cố. Bài viết này sẽ thảo luận về cách độ tự cảm đạt đến trạng thái bão hòa, ảnh hưởng của độ bão hòa đến mạch điện và phương pháp phát hiện độ bão hòa của độ tự cảm.
Bão hòa độ tự cảm gây ra
Trước tiên, hãy hiểu trực quan về độ bão hòa cảm ứng, như thể hiện trong Hình 1:
Hình 1
Chúng ta biết rằng khi dòng điện chạy qua cuộn dây trong Hình 1, cuộn dây sẽ tạo ra một từ trường;
Lõi từ sẽ bị từ hóa dưới tác động của từ trường và các miền từ bên trong sẽ quay chậm.
Khi lõi từ bị từ hóa hoàn toàn, hướng của miền từ đều giống với từ trường, ngay cả khi từ trường ngoài tăng lên, lõi từ không có miền từ nào có thể quay và độ tự cảm đạt trạng thái bão hòa.
Theo một góc nhìn khác, trong đường cong từ hóa được thể hiện ở Hình 2, mối quan hệ giữa mật độ từ thông B và cường độ từ trường H đáp ứng công thức bên phải trong Hình 2:
Khi mật độ từ thông đạt tới Bm, mật độ từ thông không còn tăng đáng kể nữa khi cường độ từ trường tăng và độ tự cảm đạt tới trạng thái bão hòa.
Từ mối quan hệ giữa độ tự cảm và độ từ thẩm µ, chúng ta có thể thấy:
Khi độ tự cảm bão hòa, µm sẽ giảm đi đáng kể và cuối cùng độ tự cảm sẽ giảm đi đáng kể và khả năng ngăn chặn dòng điện sẽ mất đi.
Hình 2
Mẹo để xác định độ bão hòa độ tự cảm
Có mẹo nào để đánh giá độ bão hòa độ tự cảm trong các ứng dụng thực tế không?
Có thể tóm tắt thành hai loại chính: tính toán lý thuyết và thử nghiệm thực nghiệm.
☆Tính toán lý thuyết có thể bắt đầu từ mật độ từ thông tối đa và dòng điện cảm ứng tối đa.
☆Thử nghiệm thực nghiệm chủ yếu tập trung vào dạng sóng dòng điện cảm ứng và một số phương pháp đánh giá sơ bộ khác.
Những phương pháp này được mô tả dưới đây.
Tính mật độ từ thông
Phương pháp này phù hợp để thiết kế độ tự cảm sử dụng lõi từ. Các thông số lõi bao gồm chiều dài mạch từ le, diện tích hiệu dụng Ae, v.v. Loại lõi từ cũng quyết định cấp vật liệu từ tương ứng, và vật liệu từ có các quy định tương ứng về tổn hao lõi từ và mật độ từ thông bão hòa.
Với các vật liệu này, chúng ta có thể tính toán mật độ từ thông cực đại theo tình hình thiết kế thực tế như sau:
Trên thực tế, phép tính có thể được đơn giản hóa bằng cách sử dụng ui thay vì ur; Cuối cùng, so với mật độ từ thông bão hòa của vật liệu từ tính, chúng ta có thể đánh giá xem độ tự cảm được thiết kế có nguy cơ bão hòa hay không.
Tính toán dòng điện cảm ứng cực đại
Phương pháp này phù hợp để thiết kế mạch trực tiếp bằng cách sử dụng cuộn cảm hoàn thiện.
Các cấu trúc mạch khác nhau có công thức tính dòng điện cảm khác nhau.
Lấy chip Buck MP2145 làm ví dụ, có thể tính toán theo công thức sau và kết quả tính toán có thể được so sánh với giá trị thông số kỹ thuật độ tự cảm để xác định xem độ tự cảm có bị bão hòa hay không.
Đánh giá bằng dạng sóng dòng điện cảm ứng
Phương pháp này cũng là phương pháp phổ biến và thực tế nhất trong thực hành kỹ thuật.
Lấy MP2145 làm ví dụ, công cụ mô phỏng MPSmart được sử dụng để mô phỏng. Từ dạng sóng mô phỏng, có thể thấy rằng khi cuộn cảm chưa bão hòa, dòng điện trong cuộn cảm là dạng sóng tam giác với độ dốc nhất định. Khi cuộn cảm bão hòa, dạng sóng dòng điện trong cuộn cảm sẽ bị méo rõ rệt, nguyên nhân là do độ tự cảm giảm sau khi bão hòa.
Trong thực hành kỹ thuật, chúng ta có thể quan sát xem có sự biến dạng của dạng sóng dòng điện cảm ứng hay không dựa trên điều này để đánh giá xem độ tự cảm có bão hòa hay không.
Dưới đây là dạng sóng đo được trên bo mạch demo MP2145. Có thể thấy rằng có hiện tượng méo tiếng rõ ràng sau khi bão hòa, điều này phù hợp với kết quả mô phỏng.
Đo xem độ tự cảm có bị nóng bất thường không và lắng nghe tiếng rít bất thường
Trong thực hành kỹ thuật có nhiều tình huống, chúng ta có thể không biết chính xác loại lõi, khó biết được kích thước dòng điện bão hòa của điện cảm và đôi khi không tiện để kiểm tra dòng điện của điện cảm; Lúc này, chúng ta cũng có thể xác định sơ bộ xem có xảy ra bão hòa hay không bằng cách đo xem điện cảm có nhiệt độ tăng bất thường hay không hoặc lắng nghe xem có tiếng rít bất thường hay không.
Một số mẹo để xác định độ bão hòa điện cảm đã được giới thiệu ở đây. Tôi hy vọng chúng hữu ích.
Thời gian đăng: 07-07-2023
