Quelques conseils pour évaluer la saturation de l'inductance

L'inductance est un élément important d'une alimentation CC/CC. De nombreux facteurs sont à prendre en compte lors du choix d'une inductance, tels que sa valeur, son courant de saturation (DCR), sa taille et son courant de saturation. Les caractéristiques de saturation des inductances sont souvent mal comprises et source de problèmes. Cet article explique comment l'inductance atteint la saturation, comment la saturation affecte le circuit et comment la détecter. 

La saturation de l'inductance provoque

Tout d’abord, comprenez intuitivement ce qu’est la saturation d’inductance, comme le montre la figure 1 :

Figure 1

Nous savons que lorsqu'un courant traverse la bobine de la figure 1, la bobine génère un champ magnétique ;

Le noyau magnétique sera magnétisé sous l'action du champ magnétique et les domaines magnétiques internes tourneront lentement.

Lorsque le noyau magnétique est complètement magnétisé, la direction du domaine magnétique est la même que le champ magnétique, même si le champ magnétique externe est augmenté, le noyau magnétique n'a pas de domaine magnétique pouvant tourner et l'inductance entre dans un état saturé.

D'un autre point de vue, dans la courbe de magnétisation représentée sur la figure 2, la relation entre la densité de flux magnétique B et l'intensité du champ magnétique H répond à la formule de droite sur la figure 2 :

Lorsque la densité de flux magnétique atteint Bm, la densité de flux magnétique n'augmente plus de manière significative avec l'augmentation de l'intensité du champ magnétique et l'inductance atteint la saturation.

À partir de la relation entre l'inductance et la perméabilité µ, nous pouvons voir :

Lorsque l'inductance est saturée, le µm sera considérablement réduit, et finalement l'inductance sera considérablement réduite et la capacité de supprimer le courant sera perdue.

Figure 2

Conseils pour déterminer la saturation de l'inductance

Existe-t-il des conseils pour évaluer la saturation de l’inductance dans les applications pratiques ?

On peut le résumer en deux grandes catégories : le calcul théorique et les tests expérimentaux.

☆Le calcul théorique peut partir de la densité de flux magnétique maximale et du courant d'inductance maximal.

☆Le test expérimental se concentre principalement sur la forme d’onde du courant d’inductance et sur certaines autres méthodes de jugement préliminaires.

Ces méthodes sont décrites ci-dessous.

Calculer la densité de flux magnétique

Cette méthode est adaptée à la conception d'inductances utilisant un noyau magnétique. Les paramètres du noyau comprennent la longueur du circuit magnétique (le), la surface effective (Ae), etc. Le type de noyau magnétique détermine également la qualité du matériau magnétique correspondant, lequel prend en compte les pertes du noyau magnétique et la densité de flux magnétique à saturation.

Avec ces matériaux, nous pouvons calculer la densité de flux magnétique maximale en fonction de la situation de conception réelle, comme suit :

En pratique, le calcul peut être simplifié en utilisant ui au lieu de ur ; Enfin, en comparant la densité de flux de saturation du matériau magnétique, nous pouvons juger si l'inductance conçue présente un risque de saturation.

Calculer le courant d'inductance maximal

Cette méthode convient à la conception de circuits directement en utilisant des inducteurs finis.

Différentes topologies de circuits ont différentes formules pour calculer le courant d'inductance.

Prenons l'exemple de la puce Buck MP2145, elle peut être calculée selon la formule suivante, et le résultat calculé peut être comparé à la valeur de spécification d'inductance pour déterminer si l'inductance sera saturée.

À en juger par la forme d'onde du courant inductif

Cette méthode est également la méthode la plus courante et la plus pratique dans la pratique de l’ingénierie.

Prenons l'exemple du MP2145 : l'outil de simulation MPSmart est utilisé. La forme d'onde de simulation montre que lorsque l'inducteur n'est pas saturé, le courant de l'inducteur est une onde triangulaire avec une certaine pente. Lorsque l'inducteur est saturé, la forme d'onde du courant de l'inducteur présente une distorsion évidente, due à la diminution de l'inductance après saturation.

Dans la pratique de l'ingénierie, nous pouvons observer s'il y a une distorsion de la forme d'onde du courant d'inductance sur cette base pour juger si l'inductance est saturée.

Ci-dessous, la forme d'onde mesurée sur la carte de démonstration MP2145. On observe une distorsion évidente après saturation, ce qui concorde avec les résultats de la simulation.

Mesurez si l'inductance est anormalement chauffée et écoutez s'il y a un sifflement anormal

Il existe de nombreuses situations dans la pratique de l'ingénierie, nous ne connaissons peut-être pas le type de noyau exact, il est difficile de connaître la taille du courant de saturation de l'inductance, et parfois il n'est pas pratique de tester le courant d'inductance ; À ce stade, nous pouvons également déterminer de manière préliminaire si une saturation s'est produite en mesurant si l'inductance a une augmentation de température anormale, ou en écoutant s'il y a un cri anormal.

Voici quelques conseils pour déterminer la saturation de l'inductance. J'espère que cela vous aura été utile.