【经验】一文解析什么是“电感饱和”

时间： 2021-12-28 来源：爱浦电子

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感值，耐温，饱和电流，尺寸，价格，这五个是我们电感选型的基本坐标系，当然我们还会考虑线圈和磁心的形态，磁材，安装焊接方式。选型过程中最恼火的无过于在数十个电感中找到合适的，却发现其中一个参数不满足要求，或者仅仅因为发生概率极低的峰值功率而导致的饱和电流不足而带来过大的设计裕量。本文爱浦电子为工程师解析什么是“电感饱和”。

感性的秘密

电感之所以呈现感性，即流过电感的电流会滞后于施加在电感上的电流（事实上是滞后90度相角），是因为楞次定律。

电感就像熊孩子抓住家里的宠物，阻碍宠物的前进（电流的变化），你得给熊孩子一些压力，他先会不大情愿，然后再让宠物（电流）走一下（我们充分利用了这个不听话的特性来实现我们扼流Choke的目的）。电感又像一个弹簧，当你施加压力的时候，它把一部分能量存在自己体内，剩下的一部分能量传输出去，当弹簧被压缩到极限时，它没办法再存储更多的能量了，即发生饱和，所有增加的能量都被悉数传递出去，电感失去了它的滞后作用。

在物理上弹簧这个例子或许更加恰当，就像下面这段我在网上找到的教科书般的答案：

电子在原子外层绕著数层轨道旋转，每一层电子旋转都会依愣次定律产生一微弱的磁场，每一层的磁力不同、方向也不同，但合力为零，没有磁性。当一线圈通电流，同样的依愣次定律产生一磁场，磁力线穿过磁性材料（铁心），磁性材料内原子的电子旋转轨道开始转向，以抵消线圈产生的磁力线，线圈电流越大，越多磁性材料电子的旋转方向改变，最后所有磁性材料电子旋转方向都相同时，就是磁饱和。

电感磁饱和原因与理论分析

当我们在所有电子上都叠加一个共同的旋转方向，就像整齐划一的军队方阵，它的磁力就达到了最大，不能再增加磁力就被成为饱和。

这种说明足够形象，可以定性解释饱和的概念，但是定性并不能让我满足，物理的魅力远远不止在定性分析。

电感饱和的物理意义

当我们谈论电感饱和的时候，实际上是在谈论铁心饱和——空心的电感永远不会饱和。这时候很直观的问题就是：为什么不使用空心电感呢？

这就必须从电感量的计算公式说起：

公式 1

（这里直接拿出结论，具体的推导将在下一部分提到）

式中L是感量，磁导率μ，绕组等效匝数N，磁路的等效截面积为S，电感线圈等效磁路长度为。

显而易见，要提高感值可以增大分子μ N S，减小分母l。往往受限于体积（尤其是功率电感的线非常粗，每一匝都会大大增加体积，且提高N也会提高）、线阻（发热）、寄生电容（尤其是EMC电感，寄生电容会大大削弱其高频抑制能力）。在相同dimensions下，提高"几乎是唯一途径，空气的磁导率几乎等于真空中磁导率μ₀，而性能优异的磁性材料μ可达2000μ₀，空心电感对比含有磁心的电感，其感值也会相差几干倍。

图 1

9种铁磁性材料表示磁饱和的磁化曲线。1.钢板，2.硅板，3.钢铸件，4.钨钢，5.磁钢，6.铸铁，7.镍，8.钴，9.磁铁矿"成也萧何，败也萧何。μ帮助我们获得高感值，却也带给我们饱和的问题。磁场强度H和磁感应强度B的关系可以用磁导率表示：μ=B/H磁性材料的磁导率μ不是一个恒定不变的量，而是取决于磁场强度H，在会发生磁饱和的金属中，随着通过电感的电流增加，相对磁导率μ随磁场强度H的增加达到一个最大值，然后随着它的饱和减小，最后会变为1，所以相应的电感L也趋向空心电感，换句话说，就是变成了导线，这就是电感饱和的物理意义。

电感不会消失，只会退化成空心电感。

B-H曲线（在很多教科书里它有另一个名字：磁滞回线，当然，磁滞回线还有另外三个限）如图所，在H右极限处，所有的材料都向一根直线，B=μ0H，这就是大自然的物理收敛：

图 2

因为磁饱和，铁磁性材料的磁导率山会随磁场强度增加，上升到一最大值，之后渐渐下降。用麦克斯韦方程组计算一切！

一切电磁相关的物理量，都可以从麦克斯韦方程组得出。电感并不例外。

公式 2

电感（这里只考虑自感）的物理定义式是

公式 3

它描述的是在单位电流变化率，di/dt下产生反向感应电动势的能力。

物理上最挠人的几个事实之一就是，定义式往往不是用来设计的公式，针对后者我们还会有一个更常用的计算公式，下面来推导一下：根据法拉第定律（麦克斯韦方程之一），感应电动势等于磁通（Φ）变化率，如果是多匝线圈还需要考虑绕组等效匝数

公式 4

结合电感定义式，有：

公式 5

同时对时间积分。

可得：

公式 6

设通入电感电流为I，根据全电流定律（麦克斯韦方程组之一）Hl=NI结合电感的定义，可得：

公式 7

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全部评论（1）

燕南天20151202 Lv7. 资深专家 2022-03-07

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目录- 公司简介 DC-DC模块电源 AC-DC模块电源电源产品可靠性实验产品安全使用注意事项

型号- UA25-220E0512H2,FN1-15D24B3N,FN1-XXDXXH6,FD30-36S09B3C,FD50-24S15B3C,PFD12-18D05A32,BK20-H1N4,FD20-110SXXB33-T,FA40-220S3V3H3N4,FD15-18S05A3,FD50-B33-TS,FA8-220S05B9N3-1,PFD12-18S09A3C2,KW3-24S24ER3,FD12-36S15A34,WD100-48S12N1,VD150-110S12N1,FD30-A3R-T,DD6-05SXXE3C2,FW2-XXSXXC,FA3-300SXXY2N3-TS,FD20-36S3V3A3C,RS485-05LSSV,FW2-12S12C,WD150-48S12N1,NN1-3V3S3V3ANT,FD20-XXSXXA3C2,RS485-XXXSAVC SERIES,NN3-05S09CN,BK40-600S12W2N4,KW1-24D05E3R3,FD6-36S15A3,K783V3-2000,DD10-24D05E3C2,DA5-220S05G9D4,PFD20-A3 SERIES,WD100-48S12Q1,NA150-220SXXL1 SERIES,BK20-600S24H1N4,NN2-A3NR3 SERIES,FA15-220S12V8Y2N3,FA15-220S12V7B9N3-1,FD6-110SXXA3N4-TS SERIES,NN2-12S15ANR3,FD20-A3C2,NW1-05D12DR3,RS485- HSAV,FA25-220SXXH2D4,RS485-XXXSAVC,KW1-24S12E3R3,WD50-110S12K1,RS485-XXHSA,FA20-300S3V3H2D4,FN1-05D05B3N,FD6-18S12B2C5,FA20-300S24H2D4,FD15-18D05A3,LC-AC01P2 SERIES,WD50-48S24K1,FA5-220E05XXC2D3,WD600-48S28R1,NN3-12S12C4N,UD6-36S3V3E3,WD150-48S12Q1,FD20-B33,FD15-A3-T SERIES,DA120-1000S24G1N4,FA15-220SXXG2N4 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2023/08 - 爱浦电子 - 选型指南 - A/0版代理服务技术支持采购服务

GPSR-AP1770 Series 电感产品承认书（GPSR-AP1770 Series 电感 Specification for Approval）

描述- 本资料为GPSR-AP1770系列电感的承认书，详细介绍了该系列电感的产品特性、电气特性、包装规格、可靠性试验和注意事项等内容。

型号- GPSR-AP1770,GPSR-AP1770-5R6MS,GPSR-AP1770-100MS,GPSR-AP1770-101MS,GPSR-AP1770-330MS,GPSR-AP1770-150MS,GPSR-AP1770-2R2MS,GPSR-AP1770-3R3MS,GPSR-AP1770-8R2MS,GPSR-AP1770-560MS,GPSR-AP1770 SERIES,GPSR-AP1770-4R7MS,GPSR-AP1770-220MS,GPSR-AP1770-6R8MS,GPSR-AP1770-680MS

2022/8/25 - SGTE - 数据手册 - Version No：A0 代理服务技术支持采购服务

爱浦电子成立于2004年，是一家专业从事模块电源研发、生产、销售和提供解决方案的高新技术企业。主要产品有包括1~700W的DC/DC模块电源，2~200W 的AC/DC模块电源、10~40W铃流发生器、光伏电源、隔离收发模块485/CAN等。

DC/DC电源模块 AC/DC电源模块 DC/AC电源模块微功率电源模块特殊定制电源

代理服务线上商城技术资料

爱浦电子模块电源选型表

提供爱浦电子：AC/DC模块电源：中小功率（2-30W）高性能标准电压（5V、12V）的模块；DC/DC模块电源：小功率（3-20W）、中大功率（30-700W）、微功率（1-2W）模块，提供9-36Vdc、1872Vdc的超宽电压输入；光伏模块电源：BK系列是200-1500VDC超高电压输入高效率高可靠性高隔离电压的 DC-DC 开关稳压模块电源；隔离收发模块。

产品型号	品类	输出功率(W)	输入电压范围(V)	输出电压(V)	输出电流	包装形式（Package）	应用等级	等级认证标准
FD6-18S05A3	模块电源	6W	9V~36V	5V	1.2A	管	工业级	CE/RoHS