电感电流和电感的关系(一文详解电感的三个电流)

电流应该是电感最重要的参数,电路设计必须重视这个参数。然而,查看众多电感规格手册有时会让人迷惑,尤其是新手。为什么?

这是因为有不同的方法来标记电流。有的厂家只有一个额定电流,有的会标注两个,一个是饱和电流,一个是温升电流。还有更多细节,包括电流的典型值和最大值,但奇怪的是典型值甚至大于最大值,没有语言。

要理解这些内容,我们先来看看饱和电流、温升电流和额定电流分别指的是什么。

饱和电流Isat

饱和电流Isat一般指电感值相对初始值衰减30%的偏置电流(有的厂家是10%、40%)。

为什么会存在饱和电流?

电感一般都含有磁芯,尤其是功率电感,是磁饱和的。什么是磁饱和?由于磁芯材料本身的特性,通过它的磁通量不可能无限增加。穿过一定体积的导磁材料的磁通量在达到一定量时不会增加。无论你增加电流还是匝数,都会达到磁饱和。当电流已经使磁芯饱和时,增加电流基本不会增加磁通,或者增加一点点,相当于空芯电感的增量,因为磁芯饱和后就失去了作用,相当于空芯电感。当电流增加,但磁通量不增加时,电感阻碍电流的作用就没有了,也就是说电感失去了作用,此时磁芯就完全饱和了。

当然,我们不会等到电感完全饱和。实际上,当电流比较小时,单位电流产生的磁通量与电流成正比,也就是说磁芯磁导率是恒定的。随着电流的增大,单位电流增大所产生的磁通增量减小,也就是说,磁导率随着电流的增大而缓慢减小,电感也是如此。所以用前面的定义,电感衰减到30%(有的厂家是10%、40%),我们说电感饱和。

还有一个问题,饱和电流是有效值还是瞬时值?毕竟用在开关电源上,电感电流是DC加交流分量,而且交流分量不小,这一点一定要说清楚。

饱和电流可以理解为瞬时值,因为电感的饱和是由于磁芯的饱和。只要电流达到一定值,就会使磁芯磁饱和,不管你什么时候达到。因此,在电路设计中,电感的最大电流值(瞬时值)不得超过其饱和电流。

温升Irms

温升一般指电感器自身温升不超过40时的电流。

曾经有人问我,这个温升电流对应的温度是指电感内部还是电感外壳?这个问题我也没找到答案,但应该不会影响我们的电感选择。

如上图所示,是顺络的一个电感参数。大家可以看到,电感的工作温度范围是-40到125,后面的括号表示包含自温升。所以,当电路的工作环境温度小于125-40=85时,只要我们的电感电流不超过温升电流(此时温升到40度加上环境温度,正好是125度),那么就没有问题。当然了。

估计又有人问了,那我的环境温度不到85度,超出额定温升电流Irms还能用吗?

理论上超过是可以的,但是不建议,因为会出现新的问题。超过多少就不会有问题了?没有固定值。而且超过Irms后,温升随着电流的增大而迅速上升,如下图所示:

这条曲线是绕组电感的电流和温升之间的关系。可以看出,该曲线类似于指数曲线

答案是有效值。温升电流是指使温度上升到一定值的电流。这不就是有效值的定义吗,它的符号rms也说明了这一点。

额定电流Irat

额定电流实际上包括前两种电流,饱和电流和温升电流。

工作中交流的时候,为了方便,我们说额定电流是多少,其实是两个电流中较小的一个。有些规范只写一个电流,所以设计中把这个电流设计成额定电流。

来开题,为什么最大值比典型值小?

这是因为典型值是指电感生产出来后,电流上限参数平均为某个值,这个值称为典型值。

在设计电路的时候,我们需要用到的电感全部满足要求,所以不能是典型值。标注的最大值是从用户角度出发的。只要你的设计不超过这个最大值就OK,所以实际上所有电感的电流值都大于这个最大值,自然最大值小于平均值型。

摘要

1、电感器的额定电流,包括饱和电流和温升电流。

2、在电路设计中,电感的瞬时最大电流不应超过饱和电流,电流的有效值不应超过温升电流。一般需要20%-30%左右的保证金。

编辑:CC