Endüktans, DC/DC güç kaynağının önemli bir parçasıdır. Bir endüktör seçerken endüktans değeri, DCR, boyut ve doyma akımı gibi birçok faktör göz önünde bulundurulmalıdır. Endüktörlerin doyma özellikleri genellikle yanlış anlaşılır ve sorunlara yol açar. Bu makalede, endüktansın doymaya nasıl ulaştığı, doymanın devreyi nasıl etkilediği ve endüktans doygunluğunun tespit yöntemi ele alınacaktır.
Endüktans doygunluğu neden olur
Öncelikle endüktans doygunluğunun ne olduğunu sezgisel olarak anlayalım, Şekil 1'de gösterildiği gibi:
Şekil 1
Şekil 1'deki bobinden akım geçirildiğinde bobinin bir manyetik alan oluşturacağını biliyoruz;
Manyetik çekirdek, manyetik alanın etkisiyle mıknatıslanacak ve iç manyetik alanlar yavaşça dönecektir.
Manyetik çekirdek tamamen mıknatıslandığında, manyetik alanın yönü manyetik alanla aynı olur, dış manyetik alan arttırılsa bile, manyetik çekirdeğin dönebilen bir manyetik alanı kalmaz ve endüktans doymuş duruma girer.
Başka bir açıdan bakıldığında, Şekil 2'de gösterilen mıknatıslanma eğrisinde, manyetik akı yoğunluğu B ile manyetik alan şiddeti H arasındaki ilişki, Şekil 2'nin sağındaki formülle örtüşmektedir:
Manyetik akı yoğunluğu Bm'ye ulaştığında, manyetik alan yoğunluğunun artmasıyla birlikte manyetik akı yoğunluğu artık önemli ölçüde artmaz ve endüktans doyuma ulaşır.
Endüktans ve geçirgenlik µ arasındaki ilişkiden şunu görebiliriz:
Endüktans doygunluğa ulaştığında µm büyük ölçüde azalacak ve sonunda endüktans büyük ölçüde azalacak ve akımı bastırma yeteneği kaybolacaktır.
Şekil 2
Endüktans doygunluğunu belirlemeye yönelik ipuçları
Pratik uygulamalarda endüktans doygunluğunu değerlendirmek için ipuçları var mı?
Bunları iki ana başlıkta toplamak mümkündür: Teorik hesaplamalar ve deneysel testler.
☆Teorik hesaplamaya maksimum manyetik akı yoğunluğu ve maksimum endüktans akımından başlanabilir.
☆Deneysel test esas olarak endüktans akım dalga formu ve bazı diğer ön değerlendirme yöntemlerine odaklanmıştır.
Bu yöntemler aşağıda açıklanmıştır.
Manyetik akı yoğunluğunu hesaplayın
Bu yöntem, manyetik çekirdek kullanılarak endüktans tasarımı için uygundur. Çekirdek parametreleri arasında manyetik devre uzunluğu le, etkin alan Ae vb. bulunur. Manyetik çekirdek türü, ilgili manyetik malzeme sınıfını da belirler ve manyetik malzeme, manyetik çekirdek kaybı ve doygunluk manyetik akı yoğunluğu konusunda uygun önlemler alır.
Bu malzemelerle, gerçek tasarım durumuna göre maksimum manyetik akı yoğunluğunu aşağıdaki gibi hesaplayabiliriz:
Pratikte, ur yerine ui kullanılarak hesaplama basitleştirilebilir; son olarak, manyetik malzemenin doygunluk akı yoğunluğu ile karşılaştırıldığında, tasarlanan endüktansın doygunluk riski taşıyıp taşımadığına karar verilebilir.
Maksimum endüktans akımını hesaplayın
Bu yöntem, hazır indüktörler kullanılarak doğrudan devre tasarımı yapmak için uygundur.
Farklı devre topolojilerinde endüktans akımının hesaplanması için farklı formüller vardır.
Örnek olarak Buck çipi MP2145'i ele alalım, aşağıdaki formüle göre hesaplama yapılabilir ve hesaplanan sonuç endüktans spesifikasyon değeri ile karşılaştırılarak endüktansın doymuş olup olmadığı belirlenebilir.
Endüktif akım dalga formuna bakılarak
Bu yöntem aynı zamanda mühendislik pratiğinde en yaygın ve pratik yöntemdir.
Örnek olarak MP2145'i ele alırsak, simülasyon için MPSmart simülasyon aracı kullanılır. Simülasyon dalga formundan, endüktör doygunluğa ulaşmadığında, endüktör akımının belirli bir eğime sahip üçgen bir dalga olduğu görülebilir. Endüktör doygunluğa ulaştığında ise, endüktör akım dalga formunda, doygunluktan sonra endüktansın azalmasından kaynaklanan belirgin bir bozulma olacaktır.
Mühendislik pratiğinde, endüktans akım dalga formunda bozulma olup olmadığını gözlemleyerek endüktansın doymuş olup olmadığına karar verebiliriz.
Aşağıda MP2145 Demo kartında ölçülen dalga formu gösterilmektedir. Doygunluktan sonra belirgin bir bozulma olduğu görülebilmektedir; bu da simülasyon sonuçlarıyla tutarlıdır.
Endüktansın anormal derecede ısınıp ısınmadığını ölçün ve anormal ıslık sesi duyun
Mühendislik pratiğinde, çekirdek tipini tam olarak bilemediğimiz, endüktans doyma akımının büyüklüğünü bilmenin zor olduğu ve bazen endüktans akımını test etmenin uygun olmadığı birçok durum vardır; bu sırada, endüktansın anormal bir sıcaklık artışına sahip olup olmadığını ölçerek veya anormal bir çığlık olup olmadığını dinleyerek doygunluğun meydana gelip gelmediğini önceden belirleyebiliriz.
Endüktans doygunluğunu belirlemek için birkaç ipucu burada sunulmuştur. Umarım faydalı olmuştur.
Gönderi zamanı: 07-07-2023
