La corriente de saturación de mi inductor no está de acuerdo con las fórmulas

1. N87 es un material de ferrita puro, no un espacio de aire distribuido como los tipos de material de hierro en polvo. El hecho de que esté en forma toroidal no significa que sea material de espacio distribuido: N87 en un toroide se saturará de la misma manera que N87 en un E-core. No hay nada de malo en usar ferrita directa para un inductor de refuerzo, siempre y cuando lo abra (más sobre esto más adelante). El hecho de que esté en forma toroidal significa que no puede separarlo. Es posible que desee cambiar a Kool-Mu si desea seguir con un factor de forma toroidal.

2. Derivando la inductancia del núcleo de la$A_L$El factor es razonablemente bueno, siempre que tenga suficientes vueltas en el núcleo y pueda mantener el devanado razonablemente uniforme y en la menor cantidad de capas posible. Tener en cuenta que$A_L$puede variar en +/- 25% en algunos núcleos.

3. Los inductores de refuerzo transportan tanto la corriente de magnetización como la energía para la carga (que se almacenará magnéticamente y se entregará durante el tiempo de inactividad). Una vez que el convertidor comienza a operar en modo de conducción continua (cuando la corriente del inductor nunca llega a cero), es aún peor. desde que empiezas a operar en una curva BH que no vuelve a cero. (Bmax sigue siendo Bmax, pero ahora tiene una compensación de CC en la que Bpeak está montado). Estas son las razones por las que el inductor necesita un espacio de aire: de lo contrario, el núcleo no podrá manejar ninguna corriente de CC significativa sin saturación.

4. No estoy seguro de entender su circuito de prueba. Ambos extremos del inductor están esencialmente sujetos a 5 V, lo que significa que los dos capacitores (C1 y C2) no contribuyen en nada a la simulación. Si su convertidor de impulso real está dispuesto de esta manera, no es un convertidor de impulso y nunca funcionará. L1 necesita liberar su energía almacenada a través de D1 a la carga, lo que nunca puede suceder cuando D1 y la carga están conectados como se muestra. La única conexión entre entrada y salida debe ser a través de L1 y D1. También pondría R1 en la fuente de Q1 y haría una sola medición con referencia a tierra en lugar de una construcción matemática. (L1 solo se saturará cuando Q1 esté encendido, por lo que medirlo cuando Q1 esté apagado es irrelevante).

La respuesta cambió para adaptarse a la pregunta modificada

Esta respuesta ha sido editada porque el enfoque de la pregunta ha cambiado. Mi respuesta original todavía está a continuación porque era relevante para la pregunta original.

En cualquier inductor, B (densidad de flujo magnético) y H (intensidad de campo magnético) forman la curva BH y, a partir de esa curva, puede ver que B no aumenta linealmente con H; esto se denomina saturación: -

H es la fuerza impulsora de amperios-vueltas detrás de la creación de flujo y está dimensionada en unidades de amperios por metro. Su fórmula es:

H =$\frac{I N}{l_e}$donde I es la corriente, N es el número de vueltas y$l_e$es la longitud del camino magnético y para un toroide$l_e$es el diámetro medio del núcleo x$\pi$. No necesita calcularlo: todos los toroides tendrán esto especificado en la hoja de datos.

B, la densidad de flujo está relacionada con H en la siguiente fórmula:

$\frac{B}{H} = \mu_0 \mu_r$

donde$\mu_o$y$\mu_r$son la constante magnética ($4\pi\times10^{-7}$) y la permeabilidad relativa de su material central respectivamente.

Por lo tanto, si sabe cuál es su pico actual (o se espera que lo haga) y sabe cuántos giros tiene (y qué material y tamaño de núcleo está utilizando), puede calcular B, densidad de flujo.

De la especificación para el toroide$l_e$es de 54,15 mm, y el OP sugiere que 77 mA es la corriente máxima y que el toroide está enrollado con 51 vueltas. A partir de esto podemos calcular H: -

$H = \frac{0.077 \times 51}{0.05415} = 72.5$amperios por metro

Si conectamos esto en la fórmula B/H y usamos una permeabilidad relativa (2200) de las hojas de datos de N87 obtenemos: -

$B = 4\pi\times10^{-7}\times 72.5\times 2200$= 200.4 mT y esto es lo que dice el OP en su pregunta.

Esto solo puede significar que el núcleo se está saturando porque:

• No toda la energía magnética se ha eliminado cuando el inductor se vuelve a pulsar
• Flujo de remanencia + flujo nuevo (pulso) está causando saturación (ver diagrama de curva BH)
• Por alguna razón, hay más corriente entrando al inductor
• Por improbable que parezca, la ferrita no es N87

Personalmente, miraría la densidad de flujo de remanencia para ver qué tan alta podría ser. Acabo de echar un vistazo y la intensidad del campo coercitivo en la especificación para N87 es de 21 A/m. Debido a que no se está deshaciendo del flujo de remanencia, existe una intensidad de campo magnético equivalente de 21 A/m que se suma a los 72,5 A/m que está aplicando, lo que significa que en realidad está aplicando 93,5 A/m y esto da como resultado una densidad de flujo de más como 260mT.

Además de esto, si no está reduciendo la corriente del inductor a cero, estará agravando el problema. Dado también que el valor del inductor puede ser un poco más bajo de lo que piensa ($A_L$puede ser un 25% bajo) estas pueden ser razones suficientes para explicar su problema.

En un rumbo diferente, 6.8mH es un valor muy grande de inductancia para usar en un conmutador por lo que puedo percibir es su aplicación. Para obtener la misma energía de un inductor de 3400uH solo se requiere corriente para subir a$0.077\times\sqrt{2}$= 109mA. ¿Qué le impide usar un inductor mucho más pequeño?

Respuesta original

A continuación se tomó de un comentario del OP y mi explicación más abajo es explicar cómo su método es defectuoso:

Primero utilicé una resistencia de 1,5 kohm en serie con el inductor de 6,8 mH y verifiqué la mitad de la amplitud en una onda sinusoidal de ~61 kHz 1vpp

En primer lugar, si calculaste$X_L$basado en que equivale a 1500 ohmios a 61 kHz, obtendría una inductancia de$\frac{1500}{2\Pi F}$= 3,9 mH. Ahora mira el diagrama fasorial a continuación:

En realidad, si hay 1Vp-p en el inductor, será cuando tenga una reactancia de más de 1060 ohmios y a 61 kHz, esto es cuando L = 2,8 mH.

Si tiene casi 2.5x de su inductancia real, es probable que la corriente a través de él en$T_{ON}$es 2.5 veces mayor y esto, por supuesto, empujará un inductor "cercano a la saturación" completamente a la saturación.