Corrente di saturazione del mio induttore non conforme alle formule

Ho ferito il mio primo induttore e ho verificato l'induttanza con 2 metodi.

Tuttavia, quando collaudo la sua corrente di saturazione, è molto più bassa della formula che mi ha dato:

$B_{peak} = \dfrac{V\cdot T_{on}}{A_e\cdot N}$ (unità: volt, microsecondi, mm ² , giri)

Ho impostato a 0,2 Tesla e sto usando materiale N87 nel mio core.$B_{peak}$

Ammetto che i miei avvolgimenti erano sciatti, ma a parte questo non sono sicuro di cosa potrebbe causare una corrente di saturazione così bassa. Questo ha fatto esplodere il mio convertitore boost ogni volta.

Ecco il mio circuito di prova per misurare sia la corrente di saturazione, dove aumento l'ampiezza dell'impulso fino a saturare che uso anche per la misura dell'induttanza del metodo 2.

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

1. L'N87 è un materiale di ferrite diritto, non intercapedine d'aria distribuita come i tipi di materiale di ferro in polvere. Solo perché è in forma toroidale non significa che sia materiale a gap distribuito - N87 in un toroide si saturerà allo stesso modo di N87 in un E-core. Non c'è niente di sbagliato nell'utilizzare la ferrite dritta per un induttore boost, purché tu lo divari (ne parleremo più avanti). Il fatto che sia in forma toroidale significa che non puoi restare a bocca aperta. Potresti voler passare a Kool-Mu se vuoi rimanere con un fattore di forma toroidale.

2. Derivare l'induttanza del nucleo dal fattore è ragionevolmente buono, purché si abbiano rotazioni sufficienti sul nucleo e si possa mantenere l'avvolgimento ragionevolmente uniforme e nel minor numero di strati possibile. Ricorda che può variare di +/- 25% su alcuni core.$A_L$$A_L$

3. Gli induttori boost portano sia la corrente magnetizzante che l'energia per il carico (che verrà immagazzinato magneticamente e erogato durante il tempo di inattività.) Una volta che il convertitore inizia a funzionare in modalità di conduzione continua (quando la corrente dell'induttore non scende mai a zero), è anche peggio da quando inizi a operare su una curva BH che non si resetta a zero. (Bmax è ancora Bmax, ma ora hai un offset DC su cui Bpeak sta guidando.) Questi sono i motivi per cui l'induttore ha bisogno di intercapedini d'aria - altrimenti il ​​core non sarà in grado di gestire alcuna corrente CC significativa senza saturazione.

4. Non sono sicuro di aver capito il tuo circuito di prova. Entrambe le estremità dell'induttore sono essenzialmente bloccate a 5 V, il che significa che i due condensatori (C1 e C2) non contribuiscono alla simulazione. Se il tuo vero convertitore boost è organizzato in questo modo, non è un convertitore boost e non funzionerà mai. L1 deve rilasciare l'energia immagazzinata attraverso D1 al carico, cosa che non può mai accadere quando D1 e il carico sono collegati come mostrato. L'unica connessione tra input e output deve essere attraverso L1 e D1. Metterei anche R1 nella sorgente di Q1 e farei una singola misurazione con riferimento a terra invece di una costruzione matematica. (L1 sarà saturato solo quando Q1 è attivo, quindi la sua misurazione quando Q1 è disattivato è irrilevante.)

Risposta modificata per adattarsi alla domanda modificata

Questa risposta è stata modificata perché il focus della domanda è cambiato. La mia risposta originale è ancora sotto perché era pertinente alla domanda originale.

In qualsiasi induttore, B (densità del flusso magnetico) e H (intensità del campo magnetico) formano la curva BH e da quella curva si può vedere che B non aumenta linearmente con H - questo si chiama saturazione: -

H è la forza motrice degli ampere-giri dietro la creazione del flusso ed è dimensionata in unità di ampere per metro. La sua formula è:

H = dove I è corrente, N è il numero di giri e è la lunghezza del percorso magnetico e per un toroide è il diametro medio del nucleo x . Non è necessario calcolarlo: tutti i toroidi avranno questo specificato nella scheda tecnica.$\frac{I N}{l_e}$$l_e$$l_e$$\pi$

B, la densità di flusso è correlata a H nella seguente formula:

$\frac{B}{H} = \mu_0 \mu_r$

dove e sono la costante magnetica ( ) e la relativa permeabilità del materiale del nucleo rispettivamente.$\mu_o$$\mu_r$$4\pi\times10^{-7}$

Quindi, se sai quali sono i tuoi picchi attuali (o si prevede che) e sai quante svolte hai (e quale materiale e dimensione del nucleo stai usando) puoi calcolare B, densità del flusso.

Dalla specifica per il toroide è 54,15 mm e l'OP suggerisce che 77 mA è la corrente di picco e che il toroide viene avvolto con 51 giri. Da questo possiamo calcolare H: -$l_e$

$H = \frac{0.077 \times 51}{0.05415} = 72.5$ ampere per metro

Se lo inseriamo nella formula B / H e utilizziamo una permeabilità relativa (2200) dalle schede tecniche di N87 otteniamo: -

$B = 4\pi\times10^{-7}\times 72.5\times 2200$ = 200.4 mT e questo è ciò che l'OP afferma nella sua domanda.

Questo può solo significare che il nucleo è saturo perché:

• Non tutta l'energia magnetica è stata rimossa dal momento in cui l'induttore viene nuovamente pulsato
• Il flusso residuo + nuovo flusso (impulso) sta causando la saturazione (vedi diagramma delle curve BH)
• Per qualunque motivo, c'è più corrente nell'induttore
• A quanto pare, la ferrite non è N87

Personalmente guarderei la densità del flusso Remanence per vedere quanto questo potrebbe essere alto. Ho appena dato un'occhiata e l'intensità del campo coercitivo nelle specifiche per N87 è di 21 A / m. Poiché non si sta eliminando il flusso di Remanence, esiste un'intensità di campo magnetico equivalente di 21 A / m che si aggiunge ai 72,5 A / m che si sta applicando, il che significa che si sta effettivamente applicando 93,5 A / me questo si traduce in una densità di flusso di più come 260mT.

Aggiunto a questo, se non si riduce la corrente dell'induttore a zero si aggraverà il problema. Dato anche che il valore dell'induttore potrebbe essere leggermente inferiore a quanto si pensi ( può essere basso del 25%), questi potrebbero essere motivi sufficienti per giustificare il problema.$A_L$

Su una virata diversa, 6,8 mH è un grande valore di induttanza da utilizzare in uno switcher per ciò che posso percepire è la tua applicazione. Per ottenere la stessa energia da un induttore di 3400uH è necessario solo un aumento della corrente a = 109mA. Cosa ti impedisce di usare un induttore molto più piccolo?$0.077\times\sqrt{2}$

Risposta originale

Di seguito è stato tratto da un commento dell'OP e la mia spiegazione più in basso è spiegare come il suo metodo è difettoso: -

Per prima cosa ho usato una resistenza da 1,5kohm in serie con l'induttore da 6,8 mH e verificato la mezza ampiezza a un'onda sinusoidale di ~ 61 kHz 1vpp

In primo luogo, se sulla base di un valore pari a 1500 ohm a 61 kHz, otterrai un'induttanza di = 3,9 mH. Ora guarda il diagramma dei fasori qui sotto:$X_L$$\frac{1500}{2\Pi F}$

In realtà se vi è 1 Vp-p in tutto l'induttore, ciò avverrà quando ha una reattanza più simile a 1060 ohm e a 61 kHz, quando L = 2,8 mH.

Se la tua induttanza effettiva è quasi 2,5 volte superiore, è probabile che la corrente attraverso di essa a sia 2,5 volte maggiore e questo naturalmente spingerà un induttore "vicino alla saturazione" nella saturazione.$T_{ON}$