Der Sättigungsstrom meines Induktors stimmt nicht mit den Formeln überein

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Ich habe meinen ersten Induktor gewickelt und die Induktivität mit 2 Methoden überprüft.

Wenn ich jedoch seinen Sättigungsstrom teste, ist er viel niedriger als die Formel, die ich erhalten habe:

(Einheiten: Volt, Mikrosekunden, mm2, Windungen)Bpeak=VTonAeN

Ich setze auf 0,2 Tesla und verwende N87-Material in meinem Kern.Bpeak

Ich gebe zu, dass meine Wicklungen schlampig waren, aber ansonsten bin ich mir nicht sicher, was einen so niedrigen Sättigungsstrom verursachen könnte. Dies hat dazu geführt, dass mein Aufwärtswandler jedes Mal explodierte.

Hier ist meine Testschaltung zum Messen des Sättigungsstroms, wobei ich die Impulsbreite bis zur Sättigung erhöhe und auch für die Induktivitätsmessung nach Methode 2 verwende.

schematisch

simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

EwokNightmares
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Mit welchen Methoden haben Sie die Induktivität überprüft? Welchen Geometriekern verwenden Sie?
user36129
Zuerst habe ich einen 1,5 kOhm Widerstand in Reihe mit der 6,8 mH Induktivität verwendet und die halbe Amplitude bei ~ 61 kHz 1 Vpp Sinuswelle verifiziert. Zweitens habe ich das Volt über einem Stromerfassungswiderstand gemessen und durch diesen Widerstand geteilt, um mir Strom in meinen Induktor zu geben, über den eine Gleichspannung mit einer bekannten Impulsbreite gepulst wurde. Ich habe dann die Gleichung L = V dt / di verwendet, um L zu berechnen. Ich verwende einen Toroid: B64290L0651X087 epcos.com/inf/80/db/fer_07/r_22.pdf Es ist die mit Ae = 51 mm ^ 2 und N87 Material (Bsat ist .39T)
EwokNightmares
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VLVRALBMAX
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Sie sagen nicht, wie viele Drahtwindungen oder welche Impulsbreite Sie verwenden. Von den Zahlen, die Sie angeben, würde ich 51 Umdrehungen für 6,8 μH erwarten. Bei einer maximalen Felddichte von 0,2 T liegt Ihr maximales Spannungs-Zeit-Produkt bei etwa 520 μV, dh 104 μs bei 5 V.
MikeJ-UK
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Ja, es scheint ungefähr 50 mA zu sein - sicherlich weniger als die vorhergesagten 77 mA. Es sollte für alle vernünftigen Vt-Kombinationen gelten.
MikeJ-UK

Antworten:

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  1. N87 ist ein geradliniges Ferritmaterial, kein verteilter Luftspalt wie Pulvereisen. Nur weil es in Toroidform vorliegt, bedeutet dies nicht, dass es sich um Material mit verteilter Lücke handelt - N87 in einem Toroid wird genauso gesättigt wie N87 in einem E-Kern. Es ist nichts Falsches daran, Straight-Up-Ferrit für einen Boost-Induktor zu verwenden, solange Sie ihn klaffen (dazu später mehr). Die Tatsache, dass es in torusförmiger Form vorliegt, bedeutet, dass Sie es nicht klaffen können. Vielleicht möchten Sie zu Kool-Mu wechseln, wenn Sie sich an einen torusförmigen Formfaktor halten möchten.

  2. ALAL

  3. Boost-Induktivitäten führen sowohl den Magnetisierungsstrom als auch die Energie für die Last (die magnetisch gespeichert und während der Ausschaltzeit geliefert wird). Sobald der Wandler im Dauerleitungsmodus arbeitet (wenn der Induktivitätsstrom nie auf Null geht), ist dies noch schlimmer da Sie anfangen, an einer BH-Kurve zu arbeiten, die nicht auf Null zurückgesetzt wird. (Bmax ist immer noch Bmax, aber Sie haben jetzt einen Gleichstromversatz, auf dem Bpeak fährt.) Dies sind die Gründe, warum der Induktor einen Luftspalt benötigt - der Kern kann sonst keinen signifikanten Gleichstrom ohne Sättigung verarbeiten.

  4. Ich bin mir nicht sicher, ob ich Ihre Testschaltung verstehe. Beide Enden des Induktors sind im Wesentlichen auf 5 V geklemmt, was bedeutet, dass die beiden Kondensatoren (C1 und C2) nichts zur Simulation beitragen. Wenn Ihr echter Aufwärtswandler auf diese Weise angeordnet ist, ist er kein Aufwärtswandler und wird niemals funktionieren. L1 muss seine gespeicherte Energie über D1 an die Last abgeben, was niemals passieren kann, wenn D1 und die Last wie gezeigt angeschlossen sind. Die einzige Verbindung zwischen Eingang und Ausgang muss über L1 und D1 erfolgen. Ich würde auch R1 in die Quelle von Q1 einfügen und eine einzelne bodenbezogene Messung anstelle einer mathematischen Konstruktion durchführen. (L1 wird nur gesättigt, wenn Q1 eingeschaltet ist, daher ist es irrelevant, es zu messen, wenn Q1 ausgeschaltet ist.)

Adam Lawrence
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6

Die Antwort wurde geändert, um der geänderten Frage zu entsprechen

Diese Antwort wurde bearbeitet, da sich der Fokus der Frage geändert hat. Meine ursprüngliche Antwort ist immer noch unten, weil sie für die ursprüngliche Frage relevant war.

In jedem Induktor bilden B (magnetische Flussdichte) und H (magnetische Feldstärke) die BH-Kurve, und aus dieser Kurve können Sie ersehen, dass B nicht linear mit H ansteigt - dies wird als Sättigung bezeichnet:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

H ist die treibende Kraft der Amperewindungen hinter der Erzeugung des Flusses und ist in Einheiten von Ampere pro Meter angegeben. Die Formel lautet:

INleleleπ

B, Flussdichte bezieht sich auf H in der folgenden Formel:

BH=μ0μr

μoμr4π×107

Wenn Sie also wissen, bei welchen Stromspitzen Sie sich befinden (oder voraussichtlich) und wissen, wie viele Windungen Sie haben (und welches Material und welche Kerngröße Sie verwenden), können Sie die Flussdichte B berechnen.

le

H=0.077×510.05415=72.5

Wenn wir dies in die B / H-Formel einfügen und eine relative Permeabilität (2200) aus den Datenblättern von N87 verwenden, erhalten wir:

B=4π×107×72.5×2200

Dies kann nur bedeuten, dass der Kern gesättigt ist, weil:

  • Zu dem Zeitpunkt, an dem der Induktor erneut gepulst wird, ist nicht die gesamte magnetische Energie entfernt
  • Remanenzfluss + neuer Fluss (Impuls) verursacht Sättigung (siehe BH-Kurvendiagramm)
  • Aus irgendeinem Grund fließt mehr Strom in den Induktor
  • Es ist unwahrscheinlich, dass der Ferrit nicht N87 ist

Persönlich würde ich mir die Remanenzflussdichte ansehen, um zu sehen, wie hoch diese sein könnte. Nur einen Blick darauf werfen und die Koerzitivfeldstärke in der Spezifikation für N87 beträgt 21 A / m. Da Sie den Remanenzfluss nicht loswerden, gibt es eine äquivalente Magnetfeldstärke von 21 A / m, die zu den 72,5 A / m, die Sie anwenden, addiert, was bedeutet, dass Sie tatsächlich 93,5 A / m anwenden, und dies führt zu einer Flussdichte von eher wie 260mT.

AL

Auf einer anderen Seite ist 6,8 mH ein gewaltiger Wert für die Induktivität, die in einem Umschalter für Ihre Anwendung verwendet werden kann. Um die gleiche Energie von einem Induktor mit 3400 uH zu erhalten, muss der Strom nur auf ansteigen0.077×2

Ursprüngliche Antwort

Das Folgende stammt aus einem Kommentar des OP und meine Erklärung weiter unten ist zu erklären, wie seine Methode fehlerhaft ist:

Zuerst habe ich einen 1,5 kOhm Widerstand in Reihe mit der 6,8 mH Induktivität verwendet und die halbe Amplitude bei ~ 61 kHz 1 Vpp Sinuswelle verifiziert

XL15002ΠF

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

In der Realität liegt der Reaktor bei 1 Vp-p bei einer Reaktanz von mehr als 1060 Ohm und bei 61 kHz bei L = 2,8 mH.

TON

Andy aka
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Wenn ich die Schaltung in LTSpice betreibe, erhalte ich eine halbe Spannung (-6 dB) bei 61 kHz. Ich habe ursprünglich die Laplace-Analyse verwendet, um das gleiche Ergebnis zu ermitteln.
EwokNightmares
Ich meinte, wenn ich es mit 6,8 mH und 1,5 kOhm betreibe, bekomme ich die halbe Spannung bei 61 kHz. Wenn ich es stattdessen mit 2,8 mH laufen lasse, verschiebt es den Cutoff auf 150 kHz.
EwokNightmares
Außerdem befindet sich meine Schaltung in der LPF-Konfiguration, das hätte ich ursprünglich erwähnen sollen.
EwokNightmares
Ok, die obigen Kommentare beziehen sich auf die AC-Analyse (Bode-Plot). Wenn ich eine vorübergehende Analyse durchführe, funktioniert Ihr Wert. Ich bin verwirrt, warum die Wechselstromanalyse mir sagt, dass die halbe Spannung bei meiner berechneten Frequenz liegt, aber der Zeitbereich nicht übereinstimmt.
EwokNightmares
Ich habe festgestellt, dass das Vertauschen des Widerstands und des Induktors einen großen Unterschied macht. In der HPF-Konfiguration sind Sie beim Zeichnen korrekt. In der LPF-Konfiguration, wie ich sie berechnet und getestet habe, bin ich korrekt.
EwokNightmares