インダクタンスは DC/DC 電源の重要な部分です。インダクタを選択する際には、インダクタンス値、DCR、サイズ、飽和電流など、考慮すべき要素が数多くあります。インダクタの飽和特性は誤解されることが多く、トラブルの原因となります。この記事では、インダクタンスがどのようにして飽和に達するか、飽和が回路にどのような影響を与えるか、およびインダクタンスの飽和を検出する方法について説明します。
インダクタンス飽和の原因
まず、図 1 に示すように、インダクタンス飽和とは何かを直感的に理解します。
図1
図 1 のコイルに電流が流れると、コイルが磁界を生成することがわかっています。
磁気コアは磁場の作用により磁化され、内部の磁区がゆっくりと回転します。
磁性コアが完全に磁化されると、磁区の方向はすべて磁場と同じになり、外部磁場が増加しても、磁性コアには回転できる磁区がなく、インダクタンスは飽和状態になります。 。
別の観点から見ると、図 2 に示す磁化曲線では、磁束密度 B と磁界の強さ H の関係は、図 2 の右側の式を満たします。
磁束密度がBmに達すると、磁界強度の増加に対して磁束密度はあまり増加しなくなり、インダクタンスは飽和に達します。
インダクタンスと透磁率μの関係から、次のことがわかります。
インダクタンスが飽和するとμmは大きく減少し、最終的にはインダクタンスが大幅に減少して電流を抑える能力が失われます。
図2
インダクタンス飽和を決定するためのヒント
実際のアプリケーションでインダクタンスの飽和を判断するためのヒントはありますか?
これは、理論計算と実験テストの 2 つの主なカテゴリに要約できます。
☆理論計算は、最大磁束密度と最大インダクタンス電流から開始できます。
☆実験テストは主にインダクタンス電流波形とその他のいくつかの事前判定方法に焦点を当てています。
これらの方法については以下で説明します。
磁束密度を計算する
この方法は磁性コアを使用したインダクタンスの設計に適しています。コアパラメータには磁気回路長le、有効断面積Aeなどが含まれます。磁心の種類によって対応する磁性材料のグレードも決まり、磁性材料によって磁心の損失と飽和磁束密度が決まります。
これらの材料を使用すると、実際の設計状況に応じて最大磁束密度を次のように計算できます。
実際には、ur の代わりに ui を使用して計算を簡素化できます。最後に、磁性材料の飽和磁束密度と比較して、設計したインダクタンスに飽和の危険性があるかどうかを判断します。
最大インダクタンス電流を計算する
この方法は、完成したインダクタを使用して直接回路を設計するのに適しています。
回路トポロジが異なれば、インダクタンス電流の計算式も異なります。
Buck チップ MP2145 を例にとると、次の式に従って計算でき、計算結果をインダクタンスの仕様値と比較して、インダクタンスが飽和するかどうかを判断できます。
誘導電流波形による判定
この方法は、エンジニアリングの実践において最も一般的で実用的な方法でもあります。
MP2145 を例に挙げると、シミュレーションには MPSmart シミュレーション ツールが使用されます。シミュレーション波形から、インダクタが飽和していない場合、インダクタ電流はある傾きを持った三角波であることがわかります。インダクタが飽和すると、飽和後のインダクタンスの減少によってインダクタ電流波形に明らかな歪みが生じます。
工学的には、これに基づいてインダクタンス電流波形の歪みの有無を観察し、インダクタンスが飽和しているかどうかを判断します。
以下は MP2145 デモボードで測定した波形です。飽和後に明らかな歪みがあることがわかりますが、これはシミュレーション結果と一致しています。
インダクタンスが異常に発熱していないか測定し、異常な笛吹き音を聞く
エンジニアリングの実践では、正確なコアの種類が分からなかったり、インダクタンスの飽和電流の大きさを知るのが困難であったり、インダクタンス電流をテストすることが不便な場合もあります。このとき、インダクタンスの異常な温度上昇の有無を測定したり、異常な鳴き声を聞いたりすることで、飽和が発生しているかどうかを事前に判断することもできます。
ここでは、インダクタンス飽和を決定するためのヒントをいくつか紹介します。お役に立てば幸いです。
投稿時間: 2023 年 7 月 7 日