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電感是DC / DC電源中的重要組成部分。選擇電感需要考慮很多因素，例如電感值、DCR、尺寸和飽和電流。電感的飽和特性常會(huì )被人們誤解而帶來(lái)麻煩。本文將探討電感如何達到飽和、飽和如何影響電路，以及檢測電感飽和的方法。
電感飽和的原因請參見(jiàn)圖1和下面的電感飽和步驟，來(lái)了解電感是如何達到飽和的：
當電流通過(guò)圖1中的線(xiàn)圈時(shí)，線(xiàn)圈會(huì )產(chǎn)生磁場(chǎng)；
磁芯被磁場(chǎng)磁化，其內部磁疇會(huì )緩慢旋轉。
當磁芯被完全磁化后，磁疇的方向與磁場(chǎng)一致。這時(shí)，即使添加外部磁場(chǎng)，磁芯內也沒(méi)有旋轉的磁疇。此時(shí)，電感達到飽和。
圖1：電感飽和示意圖
圖2從另一個(gè)角度表達了電感的飽和，并通過(guò)方程式顯示了系統的磁通密度（B）和磁場(chǎng)強度（H）如何影響電感。
當磁通密度達到BM時(shí)，磁通密度不再隨磁場(chǎng)強度的增強而增加，此時(shí)電感達到飽和。
再看電感和磁導率（μ）之間的關(guān)系。當電感飽和后，磁導率將大幅減小，從而導致電感大幅降低，并失去抑制電流的能力。
圖2：磁化曲線(xiàn)和公式
判斷電感飽和的技巧：在實(shí)際應用中判斷電感飽和的方法分為兩大類(lèi)：理論計算和實(shí)驗測試。圖3總結了這些方法。
圖3：判斷電感飽和的方法
理論計算需要計算最大磁通密度或最大電感電流，而實(shí)驗測試則主要集中在觀(guān)察電感電流波形和其他的初步判斷方法上。具體請看下面的詳細描述。
方法1：計算磁通密度這種方法適用于采用磁芯來(lái)設計電感的場(chǎng)景。磁芯參數包括磁路長(cháng)度（lE）和有效面積（AE）。磁芯類(lèi)型還決定了相應的磁材等級。磁性材料也必須對磁芯損耗和飽和磁通密度進(jìn)行相應的規定（參見(jiàn)圖4）。
圖4：電感參數和特性
有了這些資料，我們就可以根據實(shí)際設計方案計算出最大磁通密度。圖5顯示了最大磁通密度的計算公式。
圖5: 磁通密度計算公式
實(shí)際中的計算可以簡(jiǎn)化，用μI代替μR。當與磁性材料的飽和磁通密度進(jìn)行比較時(shí)，就可以判斷設計的電感是否存在飽和風(fēng)險。
方法2：計算最大電感電流當采用現有電感來(lái)設計電路時(shí)，可以采用這種方法。不同電路拓撲下，電感電流的計算公式也不同。
以開(kāi)關(guān)模式變換器MP2145為例，可以根據以下公式計算電感電流，并將計算結果與電感規格進(jìn)行比較，以判斷電感是否會(huì )達到飽和（見(jiàn)圖6）。
圖6：以 MP2145為例計算最大電感電流
方法3：通過(guò)電感電流波形判斷電感是否飽和此方法是工程師可用的最常見(jiàn)且最實(shí)用的方法。
我們采用MPSmart仿真工具，以MP2145為例來(lái)說(shuō)明。從仿真波形中可以看到，當電感不飽和時(shí)，電感電流是具有一定斜率的三角波。當電感飽和時(shí)，電感電流波形會(huì )產(chǎn)生明顯失真，這種失真是由飽和后電感降低引起的（請參見(jiàn)圖7）。
圖7：MP2145的仿真電感電流波形
我們可以觀(guān)察電感電流波形中的失真來(lái)確定電感何時(shí)達到飽和。
圖8顯示了MP2145評估板上測得的波形?？梢钥闯?，當電感飽和后有明顯失真，這與仿真結果相符。
圖8：MP2145評估板的實(shí)際電感電流波形
方法4：測量電感的異常溫升并通過(guò)可聞噪聲來(lái)判斷如果不知道系統的核心模型，則可能很難確定電感的飽和電流。有時(shí)候，測量電感電流也不是很方便，因為可能需要將電感從PCB上部分抬起以測量其電流。所以，我們可以采用另一個(gè)技巧，即使用熱像儀測量電感溫度。如果溫度明顯超出設計預期，則可能表明電感已飽和（見(jiàn)圖9）。另外，將耳朵靠近電感，如果它發(fā)出聲音，則也可能表明它已經(jīng)飽和。
圖9：使用熱像儀測量電感溫度
在設計帶電感的電源時(shí)，避免電感飽和非常重要。本文介紹了導致磁飽和的一些物理特性，給出了為電路選擇合適電感值的公式和電感飽和時(shí)的電流波形圖，同時(shí)還提供了觀(guān)察應用中電感是否飽和的其他一些技巧。如果您正在為設計項目選擇電感，請參見(jiàn)我們最新的電感產(chǎn)品目錄。
