什么是温升电流、RMS电流、饱和电流、额定电流?

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描述

温升电流(Temperature Rise Current)

因为直流电阻DCR(参考“1.7.2.5 什么是直流电阻(DC Resistance)?”章节内容)的存在,当加载到电感器两端的电流逐渐增加时,更多的功率损耗会使电感器上的温度逐渐升高,当电感器的温度在环境温度(通常为+20℃或+25℃)的基础上升高20℃或40℃时,通过电感器的直流电流大小,称为温升电流(I_TEMP)。

由于实际的温度升高取决于电感器的能量损耗,而电感器的能量损耗与电流的有效值有关,所以温升电流又被称为RMS电流(Root Mean Square Current),二者的概念是基本等同的。

饱和电流(Saturation Current)

当加载到电感器两端的电流逐渐增加时,磁芯将逐渐进入饱和状态,电感量将逐渐减小。

饱和电流(I_SAT),是指电感器的电感值衰减 10% 或 20% 或 30% (甚至40%)时对应通过的直流电流大小。注意,这里“电感值衰减”是在“电感量标称值”基础上衰减的,“电感量标称值”的测量是不需要在电感元件两端加载电流的。

以下是四个功率电感饱和电流参数示例:

Wurth Elektronik 7447798720(感值7.2 uH,精度±30%,额定电流7.9 A @ ΔT=40K,饱和电流6 A,DCR典型值11.3 mΩ,DCR最大值12.8 mΩ,自谐振频率典型值31 MHz,绕线式Wirewound,屏蔽Shielded)电感的饱和电流6A就是基于其电感值衰减不大于 10% 测得的。

Wurth Elektronik 78439369056(感值5.6uH,精度±20%,额定电流11.5 A @ ΔT=40K,饱和电流11.1 A / 24.45 A,DCR典型值5.9 mΩ,自谐振频率典型值18 MHz)电感分别给出了基于其电感值衰减不大于 10% 和 30% 两种条件下,对应的饱和电流典型值分别为11.1 A和24.45 A。

Vishay IHLP4040DZER6R8M01(感值6.8 uH,精度±20%,温升电流8 A @ ΔT=40℃,饱和电流13.5 A,DCR典型值21.2 mΩ,DCR最大值23.3 mΩ,自谐振频率典型值13.5 MHz)电感的饱和电流13.5 A就是基于其电感值衰减接近 20% 测得的。

Vishay IHSR6767GZERR22M5A(感值0.22 uH,精度±20%,温升电流100 A @ ΔT=40℃,温升电流141 A @ ΔT=80℃,饱和电流107 A / 155 A,DCR典型值0.24 mΩ @ 25℃)电感分别给出了基于其电感值衰减接近 20% 和 30% 两种条件下,对应的饱和电流典型值分别为107 A和155 A。

额定电流(Rated Current)

额定电流,指稳态条件下电感元件上能够通过的最大电流(这里的“电流”有两种类型,直流电流和RMS电流)。因为电感元件的线圈具有一定的电阻,通过电流时必然会对应着 I^2×R 功率损耗或发热升温,温度升高到一定程度会导致电感元件工作异常。所以,额定电流就是一定温升变化量(通常为ΔT=40℃)条件下电感元件上允许通过的最大电流。这里,可以认为是狭义的“额定电流1”的概念,与“RMS电流”、“温升电流”的概念是等同的,与“饱和电流”的概念是并列的。这个狭义的“额定电流1”,适用于大多数“温升电流”小于“饱和电流”的电感元件,如Vishay IHLP4040DZER6R8M01(感值6.8 uH,精度±20%,温升电流8 A @ ΔT=40℃,饱和电流13.5 A,DCR典型值21.2 mΩ,DCR最大值23.3 mΩ,自谐振频率典型值13.5 MHz)。

针对“温升电流”大于“饱和电流”的电感器,如Wurth Elektronik 7447798720(感值7.2 uH,精度±30%,额定电流7.9 A @ ΔT=40K,饱和电流6 A,DCR典型值11.3 mΩ,DCR最大值12.8 mΩ,自谐振频率典型值31 MHz,绕线式Wirewound,屏蔽Shielded),此时狭义的“额定电流2”等同于“饱和电流”。

广义的“额定电流3”包括“温升电流”和“饱和电流”,哪个参数较小,就等同于哪个参数,如下图1所示的TDK TFM201610系列电感器的额定电流参数,以及图2所示的Murata Electronics DFE201612E系列电感器规格书中对“额定电流 Rated Current”的定义。

电感器

图1 TDK TFM201610系列电感器的额定电流参数描述

电感器

图2 Murata Electronics DFE201612E系列电感器规格书的参数描述

注:这里使用狭义的“额定电流1”等同于“温升电流”,使用狭义的“额定电流2”等同于“饱和电流”,使用广义的“额定电流3”包括“温升电流”和“饱和电流”。

电感电流参数小结

综上所述,可以这么简单理解:① 基于“温度上升(Based on temperature rise)”定义的电感电流参数,称为“温升电流”或“RMS电流”;② 基于“感值变化(Based on inductance change)”定义的电感电流参数,称为“饱和电流”;③ 针对具体的电感元件,“温升电流”与“饱和电流”哪个参数更小,就将哪个参数视为该电感元件的“额定电流”。

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