Перейти к содержанию

Ток насыщения дросселя

Ток насыщения — параметр дросселя, который показывает, при каком токе его сердечник перестаёт работать как положено и индуктивность падает. В импульсных преобразователях дроссель выбирают так, чтобы пиковый ток не доходил до этого значения.

Обновлено Редакция GAW

Ток насыщения (saturation current, Isat) — ток через дроссель, при котором его индуктивность снижается на заданную производителем долю от номинальной. Магнитный сердечник может накопить ограниченную энергию: при большом токе он насыщается, его проницаемость падает, а вместе с ней — индуктивность. Сердечники с зазором и порошковые сердечники насыщаются при большем токе, чем ферритовые без зазора.

Пиковый ток в импульсном преобразователе

В импульсном источнике ток дросселя пульсирует вокруг среднего значения с размахом ΔIL. Наибольший ток:

Iпик=Iср+ΔIL2I_\text{пик} = I_\text{ср} + \frac{\Delta I_L}{2}

У понижающего преобразователя средний ток дросселя равен току нагрузки, у повышающего — входному току, который больше выходного. Индуктивность обычно выбирают так, чтобы пульсации составляли 20–40 % тока (TI, SLVA477).

Пример. Понижающий преобразователь 12 → 5 В, 2 А, 500 кГц с дросселем 10 мкГн: пульсации тока 0,65 А, пиковый ток 2,32 А. Дроссель нужен с током насыщения не меньше 2,32 А, а с запасом — не меньше тока ограничения ключа микросхемы. Свой вариант посчитает калькулятор DC-DC, пошаговый расчёт — в статьях о понижающем и повышающем преобразователях.

Два предела дросселя

  • Ток насыщения — магнитный предел сердечника, его сравнивают с пиковым током.
  • Номинальный ток — тепловой предел обмотки, его сравнивают со среднеквадратичным током.

Индуктивность катушки по числу витков и сердечнику поможет оценить калькулятор индуктивности.

Частые вопросы

Какой ток насыщения нужен дросселю в DC-DC?

Не меньше пикового тока дросселя: среднего тока плюс половины размаха пульсаций. У понижающего преобразователя средний ток равен току нагрузки, у повышающего — входному току, который больше выходного. Лучше выбрать ток насыщения не меньше тока ограничения ключа микросхемы: при перегрузке и коротком замыкании ток дойдёт до него.

Что будет, если дроссель насытится?

Индуктивность резко падает, и ток за время открытого ключа нарастает намного быстрее расчётного. Пиковый ток ключа и диода растёт, срабатывает ограничение тока или перегреваются ключ и дроссель, растут пульсации и помехи. Поэтому ток насыщения — один из главных параметров при выборе дросселя.

Чем ток насыщения отличается от номинального тока дросселя?

Номинальный ток (rated current, Irms) ограничен нагревом обмотки: при нём дроссель перегревается на заданное число градусов. Ток насыщения ограничен магнитными свойствами сердечника. Это два разных предела, и дроссель выбирают так, чтобы среднеквадратичный ток не превышал номинального, а пиковый — тока насыщения.

Источники

  1. Texas Instruments. SLVA477: Basic Calculation of a Buck Converter's Power Stage — индуктивность по пульсациям 20–40 % тока, пиковый ток ключа и дросселя
  2. Texas Instruments. SLVA372: Basic Calculation of a Boost Converter's Power Stage — то же для повышающего преобразователя, ток дросселя равен входному току
  3. Microchip. AN1207: Switch Mode Power Supply (SMPS) Topologies (Part II) (DS01207B) — понижающий преобразователь: пульсации тока дросселя, пиковый ток

Нашли ошибку?

Смотрите также