在現代電子設備中，電感器件扮演著至關重要的角色。然而，當電感器件遇到高頻電流或強磁場時，一種稱為“電感飽和”的現象可能會發生。電感飽和是一種令人困惑的現象，它對電子元件的性能和穩定性產生重大影響。本文將探討電感飽和的原因、影響以及如何應對這一現象。

電感飽和的原因

先直觀的認識下什么是電感飽和，如圖1:

圖1

我們知道當圖1線圈中通過電流時，線圈會產生磁場；

磁芯在磁場的作用下會被磁化，其內部磁疇會慢慢旋轉；

當磁芯被完全磁化時，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的磁疇了，此時的電感就進入了飽和狀態。

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中右側公式：

當磁通密度達到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。

由電感與磁導率μ的關系式可知：

當電感飽和后，μ會大幅度減小，最終導致電感量大幅降低，失去抑制電流的能力。

圖2

在實際應用中有沒有判斷電感飽和的訣竅呢？
可以總結為兩大類：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計電感的場景。磁芯參數包括磁路長度le，有效面積Ae等。磁芯的型號還決定了相應的磁材牌號，磁材對磁芯損耗，飽和磁通密度等做了相應規定。

有了這些材料，我們就能根據實際設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，就能判斷設計的電感是否有飽和的風險。

計算最大電感電流

此方法適用于直接利用成品電感來設計電路。

不同的電路拓撲對電感電流計算有不同的公式。

以Buck芯片MP2145為例，可以按照如下公式計算，將計算結果與電感規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，當電感沒有飽和時，電感電流是一個斜率一定的三角波，當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生了飽和。

了解電感飽和的原因和影響，以及如何應對這一現象，對于設計和維護電子設備的工程師和愛好者來說至關重要。只有通過深入研究和實踐，我們才能更好地理解電感飽和，并采取適當的措施來確保電子元件的穩定性和性能。通過不斷改進和創新，我們可以充分利用電感器件的優勢，并推動電子技術的發展。

責任編輯：彭菁