功率电感的痛点：两个额定电流Isat , Irms 如何理解？

功率电感一般分为以下四种外形(如图)。而在DC/DC升压降压电路中，电感是仅次于IC的最核心元器件。选择好的功率电感，可获得较高的转换效率。功率电感选型，一般需要参考一下几个参数：L(电感值) Isat(饱和电流)，Irms (温升电流)，SRF (自谐频率)，DCR(直流电阻值)以及公差。对于DCR大家都知道要越小越好，因为这关系到电感的热损耗。而对SRF ,一旦超过此指标，电感就不会表现出电感特性，反而是电容特性了。可是对于额定电流这项最关键指标，筒子们有点犯糊涂了，怎么有两项额定电流呢？怎么区分Isat 和 Irms 呢 ？

（1）基于电感值的变化率的额定电流，我们称为Isat. 它是以电感值的下降程度为指标的额定电流，超出该范围使用时，可能会由于纹波电流增加而导致IC控制不稳。大部分电感厂商一般取电感值下降到20%的电流为Isat，也有少量厂商设为下降30%或者10%，所以选型时要特别注意这一点.此外，根据电感磁路构造的不同，磁饱和的倾向（即电感值的下降倾向）也有所不同。图1是表示不同磁路构造所导致的电感值的变化的示意图。对于开磁路类型，随着直流电流的增加，到规定电流值为止呈现比较平坦的电感值，但以规定电流值为境界电感值急剧下降。相反闭磁路类型， 随着直流电流的不断增加，透磁率的数值逐渐减少，因此电感值缓慢会平缓的下降，而不是急剧下降。

Irms：指电感产品的应用额定电流，也称为温升电流，即产品应用时，表面达到一定温度时所对应的DC电流。业界大部分厂家一般认为是电感产品自我温升温度不超过40度时的电流。

也有厂家会分别给出温升20度和40度各自的温升电流值，甚至还给出对应的温升曲线。

以及温升电流Irms标识状况

 

目前Isat 和 Irms业界没有统一定义标准， 现状会误导部分硬件工程师选型

 

目前有相当部分叠层功率电感生产厂家对其产品额定电流规格都是沿用传统信号滤波处理用叠层电感额定电流标准来定义，其根据电感的温升电流值来定义其额定工作电流。这种情况下产品设计工程师往往会按照传统功率电感选型经验并根据供应商电感规格书上定义的额定电流值来衡量其实际电路中的额定工作电流，这样一来可能会因电感Isat指标低于电路的实际工作电流，产生如下隐患：
A). 电感实际工作时因电流过大导致饱和，引起电感量下降幅度过大造成电流纹波超出后级电路最大允许规格范围而造成电路干扰，从而无法正常工作甚至损坏；
B).电路中实际工作电流超过电感的饱和电流有可能会因电感饱和电感量下降产生机械或电子噪音；
C).电路中实际工作电流超过电感的饱和电流会导致因电感饱和，其电感量下降引起电源带负载时输出电压&电流不稳定，造成其它单元电路系统死机等不稳定异常情形;
D).电感额定电流（包括饱和和温升电流）选择余量不足会导致其工作时其表面温度过高 

 

以下是以2520系列中的4.7uH叠层功率电感为例, 对比说明业界目前对电感器饱和电流Isat

叠层功率电感（铁氧体大电流电感）参数比对表( 如下图 )

备注：Isat饱和电流：指磁介质的饱和电流，在下图B-H曲线中，是指磁介质达到Bm对应的Hm所需的DC电流量的大小，对于电感，即电感下降到一定比例后的电流大小，如SRI1207-4R7M产品，电感下跌20%的电流为8.4A，则Isat=8.4A。Isat计算公式如下：
设截面积为S、长为l，磁导率为μ的铁环上，绕以紧密的线圈N匝，线圈中通过的电流为I。則依磁路定律:
         Hl/0.4π=NI=0.7958Hl
对于同一材质及呎吋的铁芯Hl依B-H曲线进行变化，但在同一斜率下，Hl是不变的，因此:
       N1*I1=Hl/0.4π=N2*I2
即:
          N1/N2=I2/I1

 

总结：

饱和电流是在电感上加一特定量的直流偏压电流， 使电感的电感值相对未加电流时的电感值下降下降10%-30% (一般都是按30%来算)，这个直流偏压电流就叫该电感的饱和电流，饱和电流是越大越好。 温升电流是在电感上加一特定量的直流偏压电流，使电感本体温度相对未加电流时的温度上升不超过40℃（该温度需稳定30分钟以上且不再继续上升），这个直流偏压电流就叫该电感的温升电流，温升电流也是越大越好。 在实际设计中，选择的电感温升电流最好要比电路中的持续电流大。