1.7.3.4 什么是溫升電流、RMS電流、飽和電流、額定電流?
我是“余生死磕電源,致力于成為電源大師”的“電源先生”。
嗨,硬件攻城獅或電源工程師同行們,我想寫本專門解析BUCK電源電路的書籍,當前已經(jīng)完成22萬多字500多頁了,即使如此,離真正出版書籍,還有很長的路要走。在此,先上新部分內(nèi)容...
溫升電流(Temperature Rise Current)
因為直流電阻DCR(參考“1.7.2.5 什么是直流電阻(DC Resistance)?”章節(jié)內(nèi)容)的存在,當加載到電感器兩端的電流逐漸增加時,更多的功率損耗會使電感器上的溫度逐漸升高,當電感器的溫度在環(huán)境溫度(通常為+20℃或+25℃)的基礎上升高20℃或40℃時,通過電感器的直流電流大小,稱為溫升電流(I_TEMP)。由于實際的溫度升高取決于電感器的能量損耗,而電感器的能量損耗與電流的有效值有關(guān),所以溫升電流又被稱為RMS電流(Root Mean Square Current),二者的概念是基本等同的。
飽和電流(Saturation Current)
當加載到電感器兩端的電流逐漸增加時,磁芯將逐漸進入飽和狀態(tài),電感量將逐漸減小。飽和電流(I_SAT),是指電感器的電感值衰減 10% 或 20% 或 30% (甚至40%)時對應通過的直流電流大小。注意,這里“電感值衰減”是在“電感量標稱值”基礎上衰減的,“電感量標稱值”的測量是不需要在電感元件兩端加載電流的。
以下是四個功率電感飽和電流參數(shù)示例:
Wurth Elektronik 7447798720(感值7.2 uH,精度±30%,額定電流7.9 A @ ΔT=40K,飽和電流6 A,DCR典型值11.3 mΩ,DCR最大值12.8 mΩ,自諧振頻率典型值31 MHz,繞線式Wirewound,屏蔽Shielded)電感的飽和電流6A就是基于其電感值衰減不大于 10% 測得的。
Wurth Elektronik 78439369056(感值5.6uH,精度±20%,額定電流11.5 A @ ΔT=40K,飽和電流11.1 A / 24.45 A,DCR典型值5.9 mΩ,自諧振頻率典型值18 MHz)電感分別給出了基于其電感值衰減不大于 10% 和 30% 兩種條件下,對應的飽和電流典型值分別為11.1 A和24.45 A。
Vishay IHLP4040DZER6R8M01(感值6.8 uH,精度±20%,溫升電流8 A @ ΔT=40℃,飽和電流13.5 A,DCR典型值21.2 mΩ,DCR最大值23.3 mΩ,自諧振頻率典型值13.5 MHz)電感的飽和電流13.5 A就是基于其電感值衰減接近 20% 測得的。
Vishay IHSR6767GZERR22M5A(感值0.22 uH,精度±20%,溫升電流100 A @ ΔT=40℃,溫升電流141 A @ ΔT=80℃,飽和電流107 A / 155 A,DCR典型值0.24 mΩ @ 25℃)電感分別給出了基于其電感值衰減接近 20% 和 30% 兩種條件下,對應的飽和電流典型值分別為107 A和155 A。
額定電流(Rated Current)
額定電流,指穩(wěn)態(tài)條件下電感元件上能夠通過的最大電流(這里的“電流”有兩種類型,直流電流和RMS電流)。因為電感元件的線圈具有一定的電阻,通過電流時必然會對應著 I^2×R 功率損耗或發(fā)熱升溫,溫度升高到一定程度會導致電感元件工作異常。所以,額定電流就是一定溫升變化量(通常為ΔT=40℃)條件下電感元件上允許通過的最大電流。這里,可以認為是狹義的“額定電流1”的概念,與“RMS電流”、“溫升電流”的概念是等同的,與“飽和電流”的概念是并列的。這個狹義的“額定電流1”,適用于大多數(shù)“溫升電流”小于“飽和電流”的電感元件,如Vishay IHLP4040DZER6R8M01(感值6.8 uH,精度±20%,溫升電流8 A @ ΔT=40℃,飽和電流13.5 A,DCR典型值21.2 mΩ,DCR最大值23.3 mΩ,自諧振頻率典型值13.5 MHz)。
針對“溫升電流”大于“飽和電流”的電感器,如Wurth Elektronik 7447798720(感值7.2 uH,精度±30%,額定電流7.9 A @ ΔT=40K,飽和電流6 A,DCR典型值11.3 mΩ,DCR最大值12.8 mΩ,自諧振頻率典型值31 MHz,繞線式Wirewound,屏蔽Shielded),此時狹義的“額定電流2”等同于“飽和電流”。
廣義的“額定電流3”包括“溫升電流”和“飽和電流”,哪個參數(shù)較小,就等同于哪個參數(shù),如下圖1所示的TDK TFM201610系列電感器的額定電流參數(shù),以及圖2所示的Murata Electronics DFE201612E系列電感器規(guī)格書中對“額定電流 Rated Current”的定義。


注:這里使用狹義的“額定電流1”等同于“溫升電流”,使用狹義的“額定電流2”等同于“飽和電流”,使用廣義的“額定電流3”包括“溫升電流”和“飽和電流”。
電感電流參數(shù)小結(jié)
綜上所述,可以這么簡單理解:① 基于“溫度上升(Based on temperature rise)”定義的電感電流參數(shù),稱為“溫升電流”或“RMS電流”;② 基于“感值變化(Based on inductance change)”定義的電感電流參數(shù),稱為“飽和電流”;③ 針對具體的電感元件,“溫升電流”與“飽和電流”哪個參數(shù)更小,就將哪個參數(shù)視為該電感元件的“額定電流”。
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