电感饱和电流Isat和温升电流Irms及测量方法

1 电感分类

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电感是三个最常用的无源元器件(电阻、电容)之一。电感在电路中主要作为储能元件、在射频电路中作为感性负载和噪声滤波器元件。

电感分类

2 电感技术指标

电感的技术指标主要包括电感量L，直流电阻DCR，饱和电流Isat和温升电流Irms，自谐振频率SRF和品质因数Q等。

本文主要介绍电感的饱和电流Isat和温升电流Irms。

2.1 饱和电流Isat

饱和电流Isat通常的定义为电感下降20%时对应的电流值。当流经电感上的电流逐渐增大时，磁芯会进入饱和状态，电感值会下降。最后，当磁芯完全饱和时，电感值会下降到相当于空心绕线的很小的感值。另外需要注意的是，有的厂家会把饱和电流定义为电感量下降10%或30%对应的电流值。

电感饱和电流Isat

从上图可以看出，电感的饱和电流Isat为33A。

2.2 温升电流Irms

温升电流Irms通常定义为电感温度上升40℃时对应的电流值。当电感工作时，尤其是功率电感，温度会上升。温度上升通常与电感消耗的能量大小相关，而能量又与电流的有效值相关，所以温升电流通常被标示为Irms。这里也要注意，有的厂家会分别给出电感温度上升20℃和40℃时对应的电流值。知名厂家一般会给出温升电流曲线，便于设计者查阅。

电感温升电流Irms

从上面的温升电流曲线我们可以看出，此电感温升20℃时温升电流为32A左右,温升40℃时电流为38.5A。

温升电流的大小和曲线与实际测量的条件密切相关，国际上目前没有一个统一的测试标准。常规做法是，将电感焊接到测试的电路板上进行测量。那么电路板上的走线宽度，铜箔的厚度以及测试时间等因素都会影响最终的测试结果。

另外，电路板在实际使用中的环境因素，也会对电感性能产生比较的影响。假如电感靠近发热量很大的器件如CPU或者散热器，那么电感的温升电流会相应减小。如果是电感靠近通风孔，温升电流则会相应加大。

所以，具体情况具体分析，数据手册中的电感温升电流只是参考值，最终效果还需要实际测量。

作为设计者，应当对电感的饱和电流Isat和温升电流Irms有深刻的认识，设计出来的系统性能和可靠性方面会比较有保障。

3 电感Isat测量

3.1 电感饱和电流Isat测量原理

当电感两端加上电压，电感激磁，电感电流随着时间线性增加: L*dt/dt=V 电感饱和时，L突然急剧变小，激磁电压不变，那么，电感电流变化率di/dt会急剧变大： dt/dt=V/L 电感电流变化率di/dt急剧变大的拐点位置，即为电感的饱和电流。

3.2 电感或变压器饱和电流的测量方法

电感或变压器饱和电流Isat测量连线图

1、用导线L1把直流电源的正端和电感的管脚A连接起来，也可以把导线L1的端点和电感的管脚A焊起来。

2、直流电源输出电压设定在10V，设定好直流电源的限流电流，可以先设定一个较小的值，比如1A。

3、将电流探头连接在示波器的接口上，电流探头的卡口端卡在导线L1上，注意电流探头的方向，和测量的电流方向一致。

4、将导线L2的一端和和直流电源的负端连接好。

5、示波器调在电流探头连接的通道触发，触发值调在较低的值，如0.2A;同时，示波器调在单次触发。

6、按直流电源输出键，输出直流电压;用手拿着导线L2的另一端，让导线头去触碰电感的管脚B端，然后迅速拿开导线L2，让导线头和电感的管脚B端脱离接触。

7、适当缩小时基，观察示波器的波形，如果电感电流的波形后面变平，则增加直流电源的限流点，重复步骤5、步骤6，直到出现如图2的电感电流波形。

8、测量电感电流波形的拐点位置，即约为电感的饱和电流。图2中，拐点位置约为13A，电感的饱和电流约为13A。

时基(X轴)和电流刻度(Y轴)开始的时候可以先设定大一些的值，然后，依据测量波形的情况，逐渐缩小到合适的范围，保证能看到完整的电流波形即可。

电感的电流波形，L=10uH，Vin=10V

变压器初级的饱和电流的测量过程同上，只是测量的时候，所加的电压可以用高一些，如使用20V，或更高的电压。

变压器饱和电流实测图,Isat=13A

从测试波形来看，当波形不再是正比例的变化的拐点就对应变压器的饱和电流。
 

审核编辑：汤梓红