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Reason for inductance saturation:
Let's first have an intuitive understanding of what inductance saturation is, as shown in Figure 1:

圖1

• 我們知道當(dāng)圖1線圈中通過電流時，線圈會產(chǎn)生磁場；

• 磁芯在磁場的作用下會被磁化，其內(nèi)部磁疇會慢慢旋轉(zhuǎn)；

• 當(dāng)磁芯被完全磁化時，磁疇方向全部和磁場一致，即使再增加外磁場，磁芯也沒有可以旋轉(zhuǎn)的磁疇了，此時的電感就進入了飽和狀態(tài)。

從另一個角度來看，如圖2所示的磁化曲線，磁通密度B與磁場強度H之間滿足圖2中右側(cè)公式：

• 當(dāng)磁通密度達到Bm時，磁通密度不再隨磁場強度的增大而大幅度增大，此時電感達到飽和。

由電感與磁導(dǎo)率μ的關(guān)系式可知：

• 當(dāng)電感飽和后，μ會大幅度減小，最終導(dǎo)致電感量大幅降低，失去抑制電流的能力。

圖2

在實際應(yīng)用中有沒有判斷電感飽和的訣竅呢？

可以總結(jié)為兩大類：理論計算和實驗測試。

• 理論計算可從最大磁通密度和最大電感電流入手；

• 實驗測試主要關(guān)注電感電流波形和一些其他初步判斷方法。

下面就一一介紹這些方法。

計算磁通密度

此方法適用于利用磁芯來設(shè)計電感的場景。磁芯參數(shù)包括磁路長度le，有效面積Ae等。磁芯的型號還決定了相應(yīng)的磁材牌號，磁材對磁芯損耗，飽和磁通密度等做了相應(yīng)規(guī)定。

有了這些材料，我們就能根據(jù)實際設(shè)計情況來計算最大磁通密度，公式如下：

實際中可簡化計算，用ui來代替ur；最后與磁材飽和磁通密度相比較，就能判斷設(shè)計的電感是否有飽和的風(fēng)險。

計算最大電感電流

此方法適用于直接利用成品電感來設(shè)計電路。

不同的電路拓?fù)鋵﹄姼须娏饔嬎阌胁煌墓健?

以Buck芯片MP2145為例，可以按照如下公式計算，將計算結(jié)果與電感規(guī)格值相比較就能判斷電感是否會飽和。

通過電感電流波形判斷

此方法也是工程實際中最常見和最實用的的方法。

還是以MP2145為例，使用MPSmart仿真工具進行仿真，從仿真波形可以知道，當(dāng)電感沒有飽和時，電感電流是一個斜率一定的三角波，當(dāng)電感飽和時電感電流波形會有一個明顯畸變，這是由于飽和后感量降低造成的。

我們在工程實際中就可以基于此觀察電感電流波形是否存在畸變，來判斷電感是否飽和。

下面是在MP2145 Demo板上實測波形，可以看到飽和后有明顯的畸變，與仿真結(jié)果一致。

測量電感是否異常升溫，聽是否有異常嘯叫

在工程實際中還有很多情況，我們可能不能準(zhǔn)確知道磁芯型號，也很難知道電感飽和電流大小，有時候也不能方便的測試電感電流；這時候我們還可以通過測量電感是否有異常溫升，或者聽是否有異常嘯叫等手段來初步判斷是否發(fā)生了飽和。