通直流的电感一定是饱和的吗?

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1、有开关动作的电路,如下是基础的拓扑之一Buck电路,我们知道电感L是储能电感(也可称为滤波电感,无论何种叫法这里都是合理的,实质是滤波的时间过程也是储能过程)。

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假设电感电流在连续模式(CCM)下,如下图,电感不断在励磁储能(红线上升)和去磁释能(黑线下降),总是保持一个平衡状态(不平衡励磁储能会导致过励磁从而导致电感饱和)

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那么CCM模式下,我们能得出什么,什么是CCM模式,上次我们提到了,CCM:电流在每个周期(Ts)结束时,电流不会回到零点,记住是零点,而不是电感电流励磁和去磁的平衡点,即上图中红色箭头所指地方

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其实我们可以看到,电感电流是有一个直流分量(Idc)在里面,电感电流的变化即交流变化部分(Iac)只是发生在局部,电流峰值为Ipeak=Idc+Iac

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一想到直流通过电感,我们立马会闪现一个念头,“通直流,阻交流”没错,电感对交流阻抗:Z=2*π*f*L,直流在电感上阻抗为零,就如同一条导线,一提到导线我们可能会想到,是电感为零了吗?那么是不是在直流下,电感总是饱和的,这里明确说一点,当然不是绝对的(安培环路定理告诉我们,磁场大小是H∝N*I,你选择的电感只要小于饱和磁通密度Bs,它就不是在饱和状态),为什么直流下电感阻抗为零?那是因为电感电流变化才会在电感两端产生感应电动势:u=L*di/dt。直流时,电流变化率di/dt=0,那么在电感上面自然不会有任何感应电动势,也就不存在励磁和去磁过程,唯有一个直流偏置也就是直流磁场而已。因为励磁是电压对电感的时间“冲击”,也就是我们通常说的伏秒积(电压和时间的乘积)。

2、无开关动作的电路,直流电路中的电感仍然在电流突变时任然会表现出电感特性,如下图是一个直流稳压源给芯片供电,电源支路中串接一个电感。

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上图等效电路如下,实质为一个LC滤波器,这里我们单独看看电感

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(1)正常直流供电时,由于负载为阻性,根据欧姆定律,电流也为平直线

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(2)5V突然叠加一个短时间脉冲,由于电感对电流的阻碍作用,使得脉冲电压的一部分降落在电感上(电流变化引起的感应电动势),从而起到平滑电压波形的目的,这就是一种滤波。

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所以,抓住直流中的电感何时起作用很重要,对于电感那就是存在“变”的情况中,电感会表现阻碍特性,直流电路中,稳态无任何波动情况下,电感也是安静的,它就是导线。但要明确合理情况下,它不是饱和的,而是时刻“监视”干扰波形,从而消除干扰带来的电压波动。
责任编辑人:CC

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