Rechner für Induktorstrom und maximale Leistung

Induktivitäten in Schaltnetzteilen oder Buck/Boost-Topologien werden typischerweise mit Spannungspulsen angesteuert. Bei konstanter Spannung steigt der Strom linear als Rampe über die Zeit an – je länger die Pulsdauer, desto höher der instantane Strom.

I_pk = V · T_on / L

Beispiel (bei anfangs 0 A): Eine 1-mH-Induktivität mit 10 V für 1 ms ergibt:

I_pk = 10 V · 1 ms / 1 mH = 10 A

Der Strom kann in Induktivitäten also schnell ansteigen.

Da Leistungsinduktivitäten Kernmaterialien zur Erhöhung der Induktivität nutzen, kommt es zur Sättigung, sobald der Strom den Sättigungsstrom (I_sat) überschreitet. Der Kern verliert dann seine Permeabilität, die Induktivität bricht ein (wie bei einer Luftspule), und der Strom schießt unkontrolliert hoch – was MOSFETs zerstören kann. Typisches Symptom: Brennende MOSFETs bei induktiven Lasten. Abhilfe: Induktivität mit höherem I_sat wählen.

Fragen zur Auslegung im diskontinuierlichen Betrieb (Strom pro Zyklus vollständig entladen):

• Wie lange darf der Puls (T_on) maximal sein?
• Welche Leistung wird übertragen?

Gleichungen

Voraussetzung: Strom wird pro Zyklus vollständig abgebaut.

F_min = 1 / (2 · T_{on_max})

I_pk = V · T_on / L

T_{on_max} = I_sat · L / V

I_rms = I_pk / √3

V_rms = V_pk · √(Tastverhältnis)

P = I · V · √(Tastverhältnis) / √3

Bei 50 % Tastverhältnis:

P = I · V / √6

E = L · I² / 2