「電感飽和」到底是什麼意思?

2021-02-13 電子工程專輯


「電感飽和」這個我一直聽到的詞彙竟然是如此陌生——我不知道它到底意味著什麼，除了電流彎曲失真，燒壞器件這些表象，在物理上「飽和」到底是什麼意思?

感值，耐溫，飽和電流，尺寸，價格，這五個是我們電感選型的基本坐標系，當然我們還會考慮線圈和磁心的形態，磁材，安裝焊接方式。選型過程中最惱火的無過於在數十個電感中找到合適的，卻發現其中一個參數不滿足要求，或者僅僅因為發生概率極低的峰值功率而導致的飽和電流不足而帶來過大的設計裕量。

感性的秘密

電感之所以呈現感性，即流過電感的電流會滯後於施加在電感上的電流(事實上是滯後90度相角)，是因為楞次定律。電感就像熊孩子抓住家裡的寵物，阻礙寵物的前進(電流的變化)，你得給熊孩子一些壓力，他先會不大情願，然後再讓寵物(電流)走一下(我們充分利用了這個不聽話的特性來實現我們扼流Choke的目的);電感又像一個彈簧，當你施加壓力的時候，它把一部分能量存在自己體內，剩下的一部分能量傳輸出去，當彈簧被壓縮到極限時，它沒辦法再存儲更多的能量了，即發生飽和，所有增加的能量都被悉數傳遞出去，電感失去了它的滯後作用。

在物理上彈簧這個例子或許更加恰當，就像下面這段我在網上找到的教科書般的答案：

電子在原子外層繞著數層軌道旋轉，每一層電子旋轉都會依愣次定律產生一微弱的磁場，每一層的磁力不同、方向也不同，但合力為零，沒有磁性。當一線圈通電流，同樣的依愣次定律產生一磁場，磁力線穿過磁性材料(鐵心)，磁性材料內原子的電子旋轉軌道開始轉向，以抵消線圈產生的磁力線，線圈電流越大，越多磁性材料電子的旋轉方向改變，最後所有磁性材料電子旋轉方向都相同時，就是磁飽和。

電感磁飽和原因與理論分析

當我們在所有電子上都疊加一個共同的旋轉方向，就像整齊劃一的軍隊方陣，它的磁力就達到了最大，不能再增加磁力就被成為飽和。

這種說明足夠形象，可以定性解釋飽和的概念，但是定性並不能讓我滿足，物理的魅力遠遠不止在定性分析。

電感飽和的物理意義

當我們談論電感飽和的時候，實際上是在談論鐵心飽和——空心的電感永遠不會飽和。這時候很直觀的問題就是：為什麼不使用空心電感呢?

因為磁飽和，鐵磁性材料的磁導率μf會隨磁場強度增加，上升到一最大值，之後漸漸下降。

用麥克斯韋方程組計算一切!

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