共模電感飽和電流測量方法
因差模電感的存在,差模電流流過時就會使磁芯內(nèi)的磁通密度達到特定值,磁通密度不再隨磁場強度的增大而大幅度增大,此時共模電感達到飽和,基本與無磁芯的電感一樣。
由電感與磁導率μ的關(guān)系式可知:L=NHS/I
1、系列共模電感單一同側(cè)短路直流疊加測試法
短路共模電感的同側(cè)1&2 腳或 3&4 腳,在另外兩個引腳中注入持續(xù)增加的電流,直到感量瞬間下降為止,瞬間下降的點即為電感的飽和電流值(注意需在高溫 125 度下測試,高溫下的飽和電流會較低)。針對1-4 繞組的LC,磁感應強度 B1-4有
針對 2-3 繞組,磁感應強度 B2-3 有:
B1-4 與 B2-3 數(shù)值相等但方向相反,從而磁通相互抵消,LC 的 1-4 繞組電壓差為0、LC 的 2-3 繞組電壓差為0,LC 類似導線,最終參與升壓線路儲能和釋能的為 LD1 與 LD2 的漏磁感量的串聯(lián),如圖 B。此種連接方式差模電感的感量 L1=LD1+LD2,測出來的飽和電流等于實際的飽和電流 Isat。
U型系列17mH 的共模電感實測的數(shù)據(jù)如下:
2、共模電感兩對側(cè)全短路直流疊加測試法
分別短路共模電感的對側(cè)1&3 腳和2&4 腳,在 1、4引腳中注入持續(xù)增加的電流,直到感量瞬間下降為止,瞬間下降的點即為電感的飽和電流值(注意需在高溫 125 度下測試,高溫下的飽和電流會較低)。針對1-4 繞組的 LC,磁感應強度 B1-4 有:
針對2-3 繞組,磁感應強度 B2-3有:
B1-4 與 B2-3 數(shù)值相等但方向相反,從而磁通相互抵消,LC 的1-4 繞組壓差為0、LC 的 2-3 繞組壓差為0,LC 類似導線,最終差模電感總感量為LD1 與 LD2 的漏磁感量的并聯(lián),如圖 D。因此,此種連接方式差模電感的感量 L1=LD1*LD2/(LD1+LD2),測出來的飽和電流等于實際飽和電流 Isat 的2倍。但由于兩個繞組的DCR 會不一樣,其電流不一定會均分,因此測試結(jié)果會有一定的誤差。
U型系列17mH 的共模電感實測的數(shù)據(jù)如下:
3、共模電感單一同繞組短路直流疊加測試法
短路共模電感的其中一繞組2&3腳或1&4腳,在另外兩個引腳中注入持續(xù)增加的電流,直到感量瞬間下降為止,瞬間下降的點即為電感的飽和電流值(注意需在高溫125度下測試,高溫下的飽和電流會較低),直流疊加電流I從1腳流入,再從4腳流出:
①當電流很小甚至為0的時候,2-3繞組短路相當2-3繞組的差模電感LD2 當作是2-3繞組的負載,將此負載反射到另外一邊的1-4繞組上,因兩繞組匝比相等,因此反射到1-4繞組的差模電感等于LD2,這樣實測到的差模感量 L1=LD1+LD2
②當?shù)竭_一定的電流后,針對LC共模電感來說,2-3繞組被直接短路則LC繞組的電壓差也就被直接箝位到0V,差模感量約等于LD1的漏磁感量L1≈LD1,如圖F。注意,因繞組DCR 的存在,短路的其中一繞組并不是完全短路,會導致差模分量還是有微小的分量經(jīng)過磁芯,從而實際的感量會略大于LD1,而且測試飽和電流也會低于實際的Isat。
U型系列17mH 的共模電感實測的數(shù)據(jù)如下:
4、共模電感三種測試方法的對比總結(jié)
綜上描述,共模電感差模分量及飽和電流的測試需采用單一同側(cè)短路的測試方法,測試來的單一繞組的差模感量為測試值的0.5倍,飽和電流等于實際測試的飽和值,測試數(shù)據(jù)較為準確。
5、環(huán)形共模電感的飽和電流測量
如下數(shù)據(jù)所示,環(huán)形電感的漏感很小才26uH左右,且飽和電流非常大,達近9A以上。環(huán)形電感對低頻的EMI差模信號干擾抑制能力較弱,但它不用怎么考慮飽和的問題,達到這么高的電流后,本身繞線的銅損已經(jīng)很大,溫度已經(jīng)承受不了。
6、共模電感飽和對EMI測試結(jié)果的影響
當共模電感出現(xiàn)飽和后,μ值會大幅度減小,磁通量減小,最終導致電感量大幅降低,而失去抑制共模電流的能力。不同材質(zhì)磁芯、不同形狀磁芯、不同繞線方式共模電感飽和后表現(xiàn)出的失效效果不同,下圖為用于開關(guān)電源輸入級L、N線共模電感飽和后電源端傳導測試數(shù)據(jù)與使用環(huán)形共模電感非飽和狀態(tài)下的電源端傳導測試數(shù)據(jù)對比圖。