干货 | 如何避免电源设计中的电感饱和

电感是DC / DC电源中的重要组成部分。选择电感需要考虑很多因素，例如电感值、DCR、尺寸和饱和电流。电感的饱和特性常会被人们误解而带来麻烦。本文将探讨电感如何达到饱和、饱和如何影响电路，以及检测电感饱和的方法。

电感饱和的原因

先直观的认识下什么是电感饱和，如图1:

图1

• 我们知道当图1线圈中通过电流时，线圈会产生磁场；

• 磁芯在磁场的作用下会被磁化，其内部磁畴会慢慢旋转；

• 当磁芯被完全磁化时，磁畴方向全部和磁场一致，即使再增加外磁场，磁芯也没有可以旋转的磁畴了，此时的电感就进入了饱和状态。

从另一个角度来看，如图2所示的磁化曲线，磁通密度B与磁场强度H之间满足图2中右侧公式：

• 当磁通密度达到Bm时，磁通密度不再随磁场强度的增大而大幅度增大，此时电感达到饱和。
  

由电感与磁导率µ的关系式可知：

• 当电感饱和后，µ会大幅度减小，最终导致电感量大幅降低，失去抑制电流的能力。

图2

判断电感饱和的诀窍

在实际应用中有没有判断电感饱和的诀窍呢？

可以总结为两大类：理论计算和实验测试。

• 理论计算可从最大磁通密度和最大电感电流入手；

• 实验测试主要关注电感电流波形和一些其他初步判断方法。

下面就一一介绍这些方法。

计算磁通密度

此方法适用于利用磁芯来设计电感的场景。磁芯参数包括磁路长度le，有效面积Ae等。磁芯的型号还决定了相应的磁材牌号，磁材对磁芯损耗，饱和磁通密度等做了相应规定。

有了这些材料，我们就能根据实际设计情况来计算最大磁通密度，公式如下：

实际中可简化计算，用ui来代替ur；最后与磁材饱和磁通密度相比较，就能判断设计的电感是否有饱和的风险。

计算最大电感电流

此方法适用于直接利用成品电感来设计电路。

不同的电路拓扑对电感电流计算有不同的公式。

以Buck芯片MP2145为例，可以按照如下公式计算，将计算结果与电感规格值相比较就能判断电感是否会饱和。

通过电感电流波形判断

此方法也是工程实际中最常见和最实用的的方法。

还是以MP2145为例，使用MPSmart仿真工具进行仿真，从仿真波形可以知道，当电感没有饱和时，电感电流是一个斜率一定的三角波，当电感饱和时电感电流波形会有一个明显畸变，这是由于饱和后感量降低造成的。

我们在工程实际中就可以基于此观察电感电流波形是否存在畸变，来判断电感是否饱和。

下面是在MP2145 Demo板上实测波形，可以看到饱和后有明显的畸变，与仿真结果一致。

测量电感是否异常升温，听是否有异常啸叫

在工程实际中还有很多情况，我们可能不能准确知道磁芯型号，也很难知道电感饱和电流大小，有时候也不能方便的测试电感电流；这时候我们还可以通过测量电感是否有异常温升，或者听是否有异常啸叫等手段来初步判断是否发生了饱和。

到此判断电感饱和的几个小诀窍已经介绍完了。希望对大家有所帮助。

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