上次講述了示波器測(cè)試電感飽和電流和電感值,內(nèi)容詳見(jiàn):
示波器測(cè)試飽和電流和電感值 -?測(cè)試測(cè)量技術(shù) -?電子技術(shù)論壇 -?廣受歡迎的專業(yè)電子論壇! (elecfans.com)
這樣可以用示波器簡(jiǎn)單測(cè)試飽和電流值,但并不代表我們?cè)O(shè)計(jì)不超過(guò)飽和電流的應(yīng)用就可以高枕無(wú)憂了,今天我們討論下功率電感的另外一個(gè)重要參數(shù),溫升電流Irms?。這個(gè)縮寫(xiě)很容易誤導(dǎo)工程師,以為是電流的有效值(事實(shí)上有很多文章這么認(rèn)為),實(shí)際上,Irms只是溫升電流的縮寫(xiě),不能完全從字面意義上去理解,我們先了解下溫升電流的定義:
Irms溫升電流:業(yè)界大部分廠家一般認(rèn)為是電感產(chǎn)品自我溫升溫度不超過(guò)40度時(shí)的電流。也有廠家會(huì)分別給出溫升20度和40度各自的溫升電流值,甚至還給出對(duì)應(yīng)的溫升曲線。電感品牌良友溫升電流的規(guī)定:在電感兩端施加電流,電感產(chǎn)品表面自我溫升溫度40度時(shí)的電流值規(guī)定為溫升電流。
舉例良友電感LY0850H-R68M規(guī)格書(shū)中提供了溫升電流和飽和電流的曲線:
以上兩個(gè)曲線是獨(dú)立的,看起來(lái)是沒(méi)有任何關(guān)聯(lián),為了更好的使用電感,其實(shí)最好需要了解溫度-電感值曲線。由于無(wú)法預(yù)知用戶的散熱環(huán)境,故廠家是單個(gè)電感測(cè)試驗(yàn)證得到的溫升曲線,沒(méi)有考慮散熱環(huán)境。下面我們討論溫升電流值在實(shí)際運(yùn)用中有什么參考意義,為啥廠家沒(méi)有提供溫度-電感值的變化曲線。
討論溫升電流前,我們先來(lái)了解下電感的發(fā)熱從哪里來(lái)的?和什么因素有關(guān)。道理其實(shí)很簡(jiǎn)單,根據(jù)能量守恒定律,所有的器件如果有電流經(jīng)過(guò),就會(huì)消耗能量,我們稱作耗散功率,耗散功率都通過(guò)發(fā)熱形式耗散出去,若器件散熱能力有限,會(huì)使器件溫度超過(guò)工作范圍,使得器件可靠性降低直至無(wú)法正常工作。
耗散功耗P=I*I*R
在這里I電流值在我們應(yīng)用中,由負(fù)載決定,是無(wú)法改變的,故可以當(dāng)作常數(shù)。
R等效電阻R=Ri+jωL,是電感的DCR和等效感抗之和,是在負(fù)載一定條件下,發(fā)熱影響的變量因子,包含DCR,開(kāi)關(guān)頻率,電感值三個(gè)參數(shù)。
電感值的推導(dǎo)公式L=μ×Ae*N2/lm
其中:L表示電感量、μ表示磁芯的磁導(dǎo)率、Ae表示磁芯的截面積、N表示線圈的匝數(shù)、lm表示磁芯的磁路長(zhǎng)度。
根據(jù)以上公式我們可以得出,如果要降低耗散功率,可以從兩方面去考慮:
選擇DCR較小的電感。
適當(dāng)選擇降低開(kāi)關(guān)頻率和電感值。
電感值在發(fā)熱下是否有變化呢?我們還要討論電感值是否受溫度的影響,其實(shí)不用考慮,答案是Yes?,通過(guò)電感的推導(dǎo)公式L=μ×Ae*N2/lm中觀察,磁導(dǎo)率μ是唯一受溫度影響的參數(shù)。但是磁導(dǎo)率的計(jì)算非常復(fù)雜,溫度變化曲線又是非線性的,受到磁材料,電感結(jié)構(gòu)等因素影響,我們不一一定量討論,我們只關(guān)注變化量是否對(duì)我們?cè)u(píng)估有影響(有興趣可以參考百度 磁導(dǎo)率_百度百科 (baidu.com)),筆者評(píng)估的結(jié)論是影響不大,為了驗(yàn)證溫度對(duì)電感的影響,筆者測(cè)試了具體一個(gè)電感:
測(cè)試設(shè)備:
LCR電橋:Tonghui TH2817
測(cè)試板:伊卓樂(lè)自制,熱風(fēng)槍
測(cè)試電感:品牌:良友 ,LYCD5845-100M
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加熱前測(cè)試電感值:11.722uH
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加熱電感溫度達(dá)到85℃后電感測(cè)試值:11.829uH
測(cè)試電感溫度升高后,電感值從11.722uH升到11.829uH,該變化幾乎可以忽略不計(jì)。
測(cè)試結(jié)論:在工作溫度范圍內(nèi),溫度升高對(duì)電感值不敏感,可以忽略。
以上總結(jié):
溫升電流和飽和電流獨(dú)立參數(shù),溫升電流值可以提供參考,但不是絕對(duì)的。
溫升電流取決于自身設(shè)計(jì)時(shí)候的散熱環(huán)境,設(shè)計(jì)散熱良好,可以提高溫升電流的幅值,需要實(shí)際項(xiàng)目中測(cè)試電感溫度來(lái)評(píng)估,不超過(guò)整機(jī)溫升控制。
設(shè)計(jì)中盡量選擇較低DCR和品牌電感(磁材料),降低開(kāi)關(guān)頻率,電感值(但要符合設(shè)計(jì)要求),可以有效降低耗散功率,對(duì)發(fā)熱有一定改善。
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