开关电源知识库

电感深潜 —— 四类电感要什么、七个参数怎么读、铁氧体气隙还是金属粉芯、损耗双项核算与四个陷阱

本篇是自写教程(非译文),是“电感磁件”文件夹的主篇:00~02 三篇厂商资料是“证据库”,本篇把它们织成“选型方法论”。 与库内的分工:02_反激变压器设计 讲“变压器怎么设计”(多绕组、匝数/气隙/ΔB/温升的全套流程);本篇讲“电感与磁芯材料本身”——单绕组器件的参数体系、软硬饱和、材料路线取舍与损耗核算。互引不重复:绕组工艺、AP 法、漏感三题见变压器教程,本篇只引结论。 证据来源标注约定:教科书通识 = 行业通用工程公式/常识,无单一出处;[00][01][02] = 本文件夹三篇精译(Coilcraft/TDK/Magnetics);[库] = 库内其他文档(附相对路径)。凡属推断或经验,正文用“推断/业界经验/经验规则”措辞,与厂商事实分开。

全篇结构:§1 归类(你要的是哪种电感)→ §2 参数(七个参数逐个过门)→ §3 路线(铁氧体气隙 vs 金属粉芯)→ §4/§5 损耗双项核算(铜损 + 磁损)→ §6 实例(PFC 与 buck 两个落地算例)→ §7 陷阱 → 精炼速查。选型走 §1→§2→§3→§5→§6 的顺序;查证据回 00~02。


1. 先分清:四类电感,各要各的命

“电感”不是一个参数表,而是四种职责完全不同的器件——先归类,再看参数,否则会把扼流圈的选法用在谐振电感上:

类型 电流形态 关键制约(第一参数) 次要参数 典型场景
功率电感(buck/boost 滤波) 直流平台 + 三角纹波 峰值电流下的 L 与 Isat、Irms 温升 DCR、损耗 DC-DC 输出滤波、buck 功率级
PFC 电感(CrM/CCM boost、图腾柱) CrM:0→Ipk 全摆幅三角;CCM:平台+纹波 磁芯损耗(Bpk 大,损耗限制)+Isat Irms、温升 65 W~3 kW 升压级([库] 30_经典IC精读/06_PFC)
滤波/扼流电感(EMI、输出滤波) 小纹波、宽频干扰 阻抗–频率曲线、SRF 直流偏置下的 L 跌落 进线滤波、共模/差模抑制([库] 11/EMI滤波)
谐振电感(LLC、移相全桥) 正弦大电流 Q 值与 L 精度(频率就是输出) 温漂→频率漂移 LLC 漏感/外置谐振电感([库] 04_LLC)

1.1 功率电感:储能器件的“双限制”

buck/boost 输出端的滤波电感天天承受“直流平台+三角纹波”。它同时被两条独立的红线卡住:

纹波取多大?Coilcraft 的口径是典型应用把纹波控制在负载电流的约 40% 或更小 [00];教科书通识的常用设计档是 20%~40%——纹波越小电流越“平”(铜损 RMS 小、输出纹波小),但 L 要大、匝要多、体积与 DCR 都上去。这是功率电感的第一折衷,没有免费午餐。反例:拿扼流圈思路选功率电感(只看 L 标称值),满载 L 掉一半、纹波翻倍,输出纹波与 EMI 全超。

1.2 PFC 电感:纹波最大的功率电感

PFC 升压电感是功率电感里的极端工况:

所以 PFC 电感的关键制约常常不是饱和(Isat 好办),而是磁芯损耗:设计很快变成“损耗限制”而非“偏置限制”([02] §9 的原文提醒)。库内两只 PFC 的电感数字见 §6.1/§6.3。

1.3 滤波/扼流电感:阻抗器件

EMI 滤波与输出滤波电感承受的电流接近纯直流(纹波小),L 的绝对值不难满足;真正要的是**“在干扰频段呈高阻抗”**——由材料磁导率曲线与寄生参数决定,到 SRF 为止(§2.5)。

共模扼流圈还有一条独门设计:双线绕制让工作电流的磁通互相抵消,只有共模干扰电流的磁通进磁芯——所以它可以用高磁导率材料而不怕工作电流推进饱和(机理证据 [01] §4.2 的“上方线圈磁通被下方线圈补偿”;实践见 [库] EMI滤波/00_Wurth_ANP015全译.md)。差模扼流圈没有这个豁免——它承受的是真实差模电流,得按功率电感的规矩查 Isat(业界经验,常被忽略)。

1.4 谐振电感:精度就是输出

LLC 的谐振频率由 Lr 与 Cr 决定,而 LLC 的增益曲线是绕着谐振点画的——L 偏 5%,工作点就漂 5%,轻载/过流保护点全跟着动(教科书通识)。谐振电感要三样:

  1. L 精度:含温漂——磁导率随温度的漂移直接变成频率漂移(§2.7 的温漂档位表)。
  2. Q:谐振电感自己的损耗决定谐振腔品质,Q 低 = 增益曲线变钝 = 环路增益余量被吃。
  3. 实际 Bpk 下的损耗:不是 datasheet 小信号下的(§7 陷阱 4)。

铁氧体开气隙与低损耗材料(MPP/Ultra 级粉芯)是这里的主角;TDK 的 640 µH 谐振电感算例([01] §1.3,Q≥400、αe 100×10⁻⁶/K 全流程)就是谐振电感设计的教科书样板。

2. 七大参数逐个讲

2.1 L(电感量)——标称值不是满载值

L 决定纹波:buck 纹波 ΔI = Vout·(1−D)/(L·f),boost/PFC 的电流应力由 L 与 ton 决定(教科书通识)。关键认知:datasheet 的 L 是小信号无偏置值,满载时要打折——打折幅度由材料决定:

代入(粉芯口径,几何与拟合常数全部来自 [02] §8/§10 原文算例体系):60µ Kool Mµ 环芯、AL=75 nH/T²,想带偏置拿 560 µH——

步骤 匝数 L₀(空载) H(Oe) µ 剩余 LDC(带偏置)
初算 86 555 µH 43.6 80.9% 449 µH ✗
加匝 106 843 µH 53.7 74.2% 626 µH(偏大)
收敛 100 750 µH 50.7 76.3% 572 µH ✓

(µ 剩余由拟合式 %µi = 1/(0.01+2.142×10⁻⁶·H^1.855) 算出,[02] §8 的 60µ Kool Mµ 系数;该拟合式与原目录算例“57.5 Oe → 72%”互验一致。)同一只电感:空载 750 µH、满载 572 µH——拿哪个 L 去算纹波,纹波差 30%。(本库演示算例。)

2.2 Isat——软硬饱和是两条完全不同的曲线

定义口径:Isat = 电感量跌落 X% 时的电流。Coilcraft 用 Isat(30%)(表 1:XGL4020-222 的 5.9 A 即跌 30% 点)[00];不同厂商/系列取 10%/20%/30% 的都有——比较两家 Isat 前先对口径(业界经验)。

软硬饱和的物理(教科书通识 + [01][02] 证据):

磁路 L–I 曲线形状 物理原因 设计含义
铁氧体无气隙 硬悬崖 µi 数千,H 过饱和点 µ 断崖 变压器/正激绝不允许进饱和(TDK 对正激/推挽只控 ΔB 不开气隙 [01] §6.3.3/6.3.4)
铁氧体开气隙 拐点推远但仍陡 气隙主导磁阻、线性化 悬崖晚到;L 最稳;饱和前损耗可控
金属粉芯 平滑软降,无悬崖 微米气隙弥散全磁路 过载 L 缓降,保护来得及(见 §6.1 演示)

抗偏置能力量化(“µ 跌到 80%/50% 所需奥斯特”,60µ 档,[02] 总表照录):

材料 60µ 80% µi 50% µi 备注
Kool Mµ 45 Oe 95 Oe 基准
Kool Mµ MAX 65 130
Kool Mµ Ultra 60 120
XFlux 100 170
Edge 130 205 全场最能承受
High Flux 100 185
MPP 60 105 精密/高 Q 用,不拼偏置

软饱和的双刃剑(机理推断 + 业界经验):

2.3 Irms——热限制,不是磁限制

Irms 是温升额定:厂商按目标温升(常为 40 K,业界经验口径)反算的连续电流。Magnetics 给的静止空气近似:ΔT(℃) = (总损耗 mW / 器件表面积 cm²)^0.833 [02] §6——Irms 本质是一项损耗核算。三个要点:

  1. Irms 与 Isat 互相独立,两个都要过——大芯低匝可能 Irms 先卡(铜多电流大),小芯高匝可能 Isat 先卡(匝多磁场强)。
  2. Irms 按热态绕组电阻算,冷态通电会“虚胖”。
  3. 脉冲/占空比 <100% 可借热容放宽瞬时热,但 Isat 看的是瞬时峰值、一分不能借([02] §6 原文:“占空比低允许细线,但不允许更小的芯”)。

2.4 DCR——直流核算的主角

P = I_rms²·DCR(教科书通识)。三个工程要点:

  1. 温度系数:铜 20→100 ℃ 电阻 ×1.34(+34%)[库] 反激变压器设计 §6.1——热态复核不是仪式,满载热机后铜损自动涨三分之一。
  2. 同尺寸同 Isat,DCR 可以差近一倍:Coilcraft 表 1 里 XGL4020-222 19.5 mΩ vs XEL4020-222 35.2 mΩ(Isat 同为 5.9 A)[00]——扁平线与绕组结构的钱就花在这;挑系列时 DCR 是最快的第一筛。
  3. DCR-Isat-L 三角:DCR ∝ 匝数(线长),L ∝ 匝数²,Isat 随匝数增多变差(H = 4πNI/le,同样的 I 匝多一倍磁场强一倍)——三个参数互相锁死,只能靠尺寸或材料破局(教科书通识)。

2.5 SRF(自谐振频率)——阻抗器件的生死线

匝间/层间寄生电容 Cp 与 L 并联,f_SRF = 1/(2π·√(L·Cp))(教科书通识)。低于 SRF 器件呈感性,高于呈容性——滤波/扼流电感的“高阻抗频段”到 SRF 为止。

代入:10 µH + 30 pF → f_SRF = 1/(2π√(3×10⁻¹⁶)) ≈ 9.2 MHz。想压 30 MHz 以上频段的 EMI 滤波,这只件已经没用了。

2.6 损耗——双项核算制(§4/§5 专述)

功率电感的效率 = 铜损(DC+AC)与磁损之和最小化 [00] 开篇原话。两项核算的记法见 §4/§5,这里只立规矩:总损耗才决定效率与温升,任何单一损耗项漂亮都不算数。

2.7 公差——四层漂移叠起来

漂移源 量级(库内证据) 出处
① 初始公差 Magnetics 粉芯 ±8%(C0 分级 2%/5% 带;OD <12.7 mm 的 Kool Mµ 更宽);TDK 开气隙芯靠 AL 保证档收窄 [02] §4;[01] §1.1
② 温度漂移 60µ 档 −60~+200 ℃:Kool Mµ 6%、MAX 3%、Edge 2%、MPP 2.5% [02] 总表
③ 电流漂移 XFlux 60µ 在 0~400 mT 内 +16.3%、High Flux +13.5%、MPP 仅 +0.8% [02] §3
④ 老化 合金粉芯无热老化、200 ℃ 连续无损伤;铁粉芯有热老化 [02] §5/§1

四层叠加后,“标称 100 µH”在工况里可能是 75~115 µH——设计留带,别留点(业界经验)。谐振/精密应用优先 ②③ 最平的材料(MPP/Edge)。

3. 材料路线:铁氧体开气隙 vs 金属粉芯

这是电感设计最大的路线分歧。三条候选:铁氧体+集中气隙(TDK N27/N87/N95 系列 [01])、铁硅铝 Kool Mµ 家族、铁镍 High Flux/Edge 与铁镍钼 MPP([02]);铁粉芯作低价参照。

维度 铁氧体+气隙(MnZn 功率材) 铁硅铝(Kool Mµ 家族) 高磁通 High Flux(FeNi 50/50) 铁粉芯(参照)
Bsat 0.3~0.4 T(教科书通识) 1.0 T 1.5 T(MPP 的 2 倍、铁氧体的 3 倍+)[02] 较高(0% 镍、低温额定)[02]
饱和曲线 拐点远但陡(气隙推远不改形状) 软渐降(80%/50%:45/95 Oe @60µ)[02] 软渐降(100/185 Oe)[02] 软饱和
100 kHz/1000 G 损耗 最低档(材料曲线族,[01]) 550 mW/cm³(60µ)[02] 625 mW/cm³(60µ)[02] 最高 [02]
成本 磁芯便宜+绕线工时 基准 1x 4~6x 最低
L 稳定性 气隙主导,极稳(教科书通识) 温漂 6%@60µ 温漂 4.5%、B 漂 +13.5% 一般
特殊短板 气隙杂散场在邻近绕组里生涡流铜损[01] §1.1;脆 高 Bpk 时损耗顶上来 贵 热老化
偏好场景 高频(≥100 kHz)大 ΔB、变压器/谐振、PFC(控损耗) 中低频大电流扼流圈、要软饱和尾巴、怕可闻噪声(近零磁致伸缩)[02] DC 偏置主导的最小体积 成本敏感、损耗不敏感

怎么选(本库归纳,业界经验的系统化):

  1. 损耗限制的设计选铁氧体开气隙——PFC 电感、谐振电感、一切 Bpk 大的场合。MnZn 功率铁氧体在高频段的损耗曲线比金属粉芯低一个身位;代价是绕线工时、气隙杂散场(给气隙附近绕组留距离或垫绝缘 [01] §1.1)、脆与装配应力敏感(AL 随应力下降 [01] §7)。
  2. 偏置限制的设计选金属粉芯——大直流、小纹波的储能/扼流圈。LI² 选芯一步到位 [02] §6,软饱和后备,环型免骨架、绕线成本也低。
  3. 同是粉芯按两条轴挑:损耗轴 Ultra → Edge → Hƒ → Kool Mµ;偏置轴 Edge → High Flux → XFlux([02] 总表的 * 号最优行就是这个逻辑);温稳与低 B 漂是 MPP 的专属价值(贵 7~9x 也要花的应用:高 Q、精密滤波)。
  4. 反激这类“两不像”:≤200 W、≤100 kHz 时 TDK 仍推荐 E/U 开气隙铁氧体 [01] §6.3.2;粉芯做反激(储能电感)则吃 Bsat 高与软饱和,但 100 kHz/1000 G 下 550 mW/cm³ 的核算要先做([02] 算例体系)——先用 §5 的五步把磁损算出来再拍板。
  5. 可闻噪声是隐形判据:Kool Mµ 近零磁致伸缩 [02] §1;铁氧体磁致伸缩也低,但气隙杂散力会叫(垫胶/浸漆处理,业界经验)。

决策流(本库归纳):

纹波/直流谁大?
├─ 大直流、小纹波(扼流圈、CCM 滤波)→ 粉芯,LI² 选芯 → 损耗复核
├─ 大纹波(CrM PFC、反激、buck-boost)→ 先五步算 PL(§5)
│    ├─ 磁损可接受 → 粉芯或铁氧体气隙均可,按成本/工艺挑
│    └─ 磁损顶不住 → 铁氧体开气隙(或更大芯/更低 µ)
└─ 要精度/高 Q(谐振、滤波)→ 铁氧体气隙 或 MPP/Ultra,查温漂与 SRF/Q

4. 损耗双项核算(一):铜损

第一项:直流核算。P_dc = I_rms²·DCR。I_rms 用波形真 RMS,不是平均值:

第二项:交流核算。高频下集肤+邻近让 R 涨:集肤深度 δ ≈ 0.21 mm @100 kHz(铜,[库] 反激变压器设计 §4.3);层叠绕组的邻近效应倍数更大,实耗常是直流核算值的 1.3~2 倍([库] 同上 §6.1,Fr 合并系数,业界经验量级)。对策(利兹线/扁平线/平面绕组/分段绕组)在变压器教程 §4,原理同源不重复。

最容易错的一步([00] 全文的主旨):厂商 ESR/ACR 曲线是小电流下测的,它只回答“电阻随频率怎么涨”,不包含随电流变化的磁芯损耗;而且交流核算要乘纹波 RMS(I_p-p/2√3),不是乘负载电流——[00] 的 1.5 W 例子里乘错,直接把 0.064 W 夸大成 0.9 W(“60% 损耗”假警报)。正确拆项核算(数据全录自 [00] §2,5 V/0.3 A/10 µH 例子):

步骤 250 kHz(ESR≈0.8 Ω) 5 MHz(ESR≈10 Ω)
低频核算 I²R = 0.3²×0.7 Ω(R 为 DCR) 0.063 W 0.063 W
交流核算 (0.0087)²×ESR 0.00006 W 0.00076 W
合计 0.06306 W(≈DCR 核算 +0.1%) 0.06376 W(DCR 核算 +1.2%)

(原文并自注:5 MHz 本应换更小 L、DCR 更小,此例对 5 MHz 偏保守。)

铜损演示(接 §6.1 的 PFC 电感,演示假设标注):100 匝、假设平均匝长 8 cm(26.9 mm 级环形的量级假设,本库演示口径)、1.5 mm² 铜线 → 线长 8 m;R(100 ℃) = ρ·l/A = 2.3×10⁻⁸×8/1.5×10⁻⁶ ≈ 0.123 Ω(ρ(100 ℃) 取 [库] 反激变压器设计 §6.1 口径);I_rms ≈ 0.95 A → P_dc ≈ 0.11 W,×Fr 1.3(CrM 三角谐波,量级)≈ 0.14 W——比 §6.1 算出的磁损 2.2 W 小一个量级,进一步确认该组合“死于磁损不死于铜”。

铜损的温升正反馈:T↑ → 铜阻 +0.39%/K → 铜损↑ → T 再↑。40 K 温升即 +16% 铜损——不做热态核算,量产季“莫名”偏热([库] §6.4 同款结论,业界经验)。

5. 损耗双项核算(二):磁损 Pcv 与查曲线法

公式层(三篇证据同口径):Steinmetz 经验式 Pcv = k·f^α·B^β(铁氧体典型 α≈1.1~1.7、β≈2.0~2.7,教科书通识;k 无通用值,必须查所选材料曲线——[库] 反激变压器设计 §6.2);粉芯写作 PL = a·Bpk^b·f^c(单位口径:PL mW/cm³、Bpk T、f kHz,[02] §8;例:60µ Kool Mµ a=44.3、b=1.988、c=1.541)。两者共用一个口径:B 取交流摆幅之半 Bpk = ΔB/2——铁氧体侧常见代错是代成 ΔB(直接高估 2^β≈5~6 倍;反向把峰值当 ΔB 的会低估 4~6 倍,[库] §6.2 的 UCC28781 DS 提示)。Magnetics 的 Bpk = (B_AC max − B_AC min)/2 与这是同一件事 [02] §8。

查曲线法五步(粉芯流程,[02] §8 全套):

  1. 算交流两端点的磁场:H_AC max/min = 4πN·(I_DC ± I/2)/l_e(I = 纹波峰-峰的一半,l_e 单位 mm,结果单位 Oe);
  2. 从 BH 曲线读 B_AC max/min——或用两条捷径:带偏置 µe 法 Bpk = 0.5·µ0·%µi·µi·1000·H/4,或带偏置电感法 Bpk = L_DC·I/(2·N·Ae)(三法互差通常 <5%,[02] 复算对照);
  3. Bpk = (B_AC max − B_AC min)/2;
  4. PL = a·Bpk^b·f^c,或查损耗曲线族(双对数图,f 线之间按指数内插);
  5. Pfe = PL × Ve(cm³),进热校核 ΔT = (P/A)^0.833 [02] §6。

记死这组对照([02] 三算例,同一只 20 匝/60µ Kool Mµ 电感 @100 kHz):

工况 Bpk PL(mW/cm³) Pfe
纹波 2 A p-p(带 20 A 偏置) 0.014 T 11 46 mW
纹波 8 A p-p(带 20 A 偏置) 0.055 T 168 698 mW
纹波 8 A p-p(无偏置) 0.092 T 466 1.94 W

两个教训:①磁损 ∝ Bpk^b(b≈2)——纹波翻 4 倍、磁损翻 15 倍;②直流偏置不产生任何磁损,但把 Bpk 压小(偏置把工作点压到 BH 曲线平缓段)——“偏置即降压”,这是粉芯大电流扼流圈反而好做的机理。

铁氧体侧的查法:功率铁氧体给“损耗密度–频率–温度”曲线族(B 为参变量,N27/N87/N95 等分档 [01] §6.1),同样取 Bpk = ΔB/2、按工作点温度取曲线(80~100 ℃ 附近有谷点,25 ℃ 曲线偏乐观 [库] §6.4)。锚点缩放法见 [库] 反激变压器设计 §6.2:65 W QR 反激低线 70 kHz、ΔB 0.22 T → Bpk 0.11 T → Pv ≈ 39 mW/cm³ → P_core ≈ 0.24 W(库内已复算)——粉芯与铁氧体两套曲线,同一套 Bpk 口径。

温升与两种经验式:Magnetics 的 ΔT = (P/A)^0.833 与 h·A 法 ΔT = P/(h·A)、h≈6~10 W/m²K([库] §6.3)对同一算例可差 2 倍以上——疑在表面积口径(含绕组与否)与适用对象(磁芯裸体 vs 整件),「待核实」;做对比时固定一种、留裕量,按所算器件优先用厂商自家口径。

5.1 与反激变压器教程的口径对照(同一套物理,两份文档)

口径 [库] 反激变压器设计(变压器侧) 本篇(电感侧) 是否一致
磁损公式 Pcv = k·f^α·B^β(§6.2) PL = a·Bpk^b·f^c([02] §8) 同一条 Steinmetz,符号习惯不同
B 的口径 ΔB/2 = Bpk(UCC28781 DS 提示) Bpk = (B_AC max − B_AC min)/2 完全一致,都别代 ΔB
铜损温度系数 ρ(20 ℃)=1.72×10⁻⁸,100 ℃ ×1.34(§6.1) 铜阻 100 ℃ ×1.34(§4) 一致
集肤深度 δ ≈ 0.21 mm @100 kHz(§4.3) 同款引用(§4) 一致
热校核 ΔT = P/(h·A),h≈6~10 W/m²K(§6.3) Magnetics ΔT = (P/A)^0.833([02] §6) 物理同源、经验系数两套,对比时固定一种
气隙 集中气隙:储能仓库、lg = µ0·Np²·Ae/Lp − le/µr(§3) 分布气隙(粉芯):软饱和、无集中杂散场 两半互补,见 §3 路线分歧

(变压器侧没讲的部分——粉芯三法、软饱和量化、ESR 拆项核算——在本篇;电感侧没讲的部分——匝比/AP 法/漏感钳位——在教程,两篇合起来才是磁件全图。)

6. 电源实例

6.1 65~75 W CrM PFC 电感(库内 560 µH 引 NCP1622)

库内 NCP1622 设计例 [库] 30_经典IC精读/06_PFC/NCP1622/03_典型应用与设计计算.md:75 W/390 V/90~264 VAC CrM PFC,L = 560 µH(L = (Vout−Vin,pk)·Vin,rms²/(2·Pin·Vout·fsw),代 90 VAC 满载得 ≈557 µH → 取 560)、Ipk = 2.56 A(低线线峰 127 V、ton = 11.3 µs)、fsw ≈ 60~89 kHz、Rsense = 0.15 Ω(OCP 3.33 A)。按本篇方法论过一遍:

6.2 Buck 滤波电感选型(教科书通识流程,数字为本库代入)

12 V→3.3 V/5 A,f = 400 kHz,取纹波 30%(§1.1 的 20~40% 档)→ ΔI = 1.5 A:

  1. L = Vout·(1−D)/(f·ΔI) = 3.3×0.725/(400 k×1.5) = 3.99 µH → 取标称 4.7 µH(回算 ΔI = 2.3925/(400 k×4.7 µ) = 1.27 A,纹波 25%——方向安全,纹波小了峰值也小);
  2. Ipk = 5 + 1.27/2 = 5.64 A → 选 Isat(30%) ≥ 6.8 A(Ipk×1.2 裕量,业界经验);别拿 Irms=5 A 当 Isat(§7 陷阱 1);
  3. Irms = √(5² + (1.27/√12)²) = 5.01 A → 选 Irms 额定 ≥5 A 且温升达标(§2.3);
  4. DCR 预算:DCR = 20 mΩ → P = 0.50 W(占 16.5 W 输出 3%)→ 同尺寸挑更低 DCR 的系列([00] 表 1 的 XGL 逻辑:同 Isat 下 DCR 差近一倍);热态 ×1.34 → 0.67 W 复核温升;
  5. 磁损:Bpk = L·(ΔI/2)/(N·Ae)——模压小电感匝数/尺寸不公开,直接用厂商总损耗工具([00] §4 的 DC-DC Optimizer 思路:输入工况直接输出总损耗与件温,免手查曲线);
  6. SRF:功率级 400 kHz ≪ SRF,不构成约束;若同一网络兼做输出滤波的高频段,查阻抗曲线到 SRF 的平坦段(§2.5);
  7. 交叉核对:两道红线(Isat/Irms)都过、损耗落进预算、L 满载仍 ≥3.99 µH——四项全绿才收工。

6.3 对照:CCM 大电流档(库内 NCP1681 180 µH)

NCP1681 750 W 图腾柱 CCM 设计 L=180 µH、20 A sat [库] 30_经典IC精读/06_PFC/NCP1681/03_典型应用与设计计算.md:CCM 平台高(CCM 峰值电感电流 16.1 A,库内推算)、纹波占比小(低线满载 ΔI/Iavg ≈ 30%)、频率低(CrM 频段 30~60 kHz)——选芯逻辑切到“偏置限制”:20 A 级正是 High Flux/Edge 抗偏置档(50% µi @185/205 Oe)的用武之地;磁损复核因为频率低、Bpk 小而轻松。同一颗 PFC 家族,CrM 与 CCM 的电感选法分别落在 §3 决策流的左右两支——这就是“先归类再选型”的意义。

7. 四个高频陷阱

陷阱 1:Isat 拿 RMS 当峰值

陷阱 2:粉芯热失控

陷阱 3:SRF 忽视

陷阱 4:Q 曲线误读


精炼速查

四类电感要点:功率看 Isat+Irms,PFC 看 Bpk 损耗,滤波看 SRF+阻抗,谐振看 Q+精度。

七个参数的“过门”动作:

参数 过门动作 出处口径
L 用满偏置 L 算纹波,不用空载值;粉芯按 [02] 迭代法加匝 [02] §6;教科书通识
Isat 对口径(跌 30%?20%?),Ipk×1.2 裕量起步 [00] 表 1;业界经验
Irms 波形真 RMS;热态复核;与 Isat 分开过门 [00] §2;教科书通识
DCR I²R×1.34(100 ℃)进热校核;同尺寸先筛 DCR [库] 反激变压器设计 §6.1;[00] 表 1
SRF 滤波/谐振才查:f_work ≤ SRF/10 业界经验
损耗 双项核算:DCR + 纹波 RMS·ESR;PL = a·Bpk^b·f^c [00] §2;[02] §8
公差 初始 ±8% + 温漂 + B 漂 + 老化四层叠加,设计留带 [02] §3/§4/§5

材料路线一图:损耗限制 → 铁氧体开气隙;偏置限制 → 金属粉芯(损耗敏感 Ultra/Edge、偏置敏感 Edge/High Flux、性价比 Kool Mµ、最稳 MPP、最便宜铁粉芯——[02] 总表)。

损耗三算例记忆锚([02] §8):偏置不产损、纹波才是凶手——2 A p-p 带 20 A 偏置 46 mW / 8 A p-p 带 20 A 偏置 698 mW / 8 A p-p 无偏置 1.94 W。

口径配套组合:Bpk = ΔB/2(铁氧体/粉芯通用,别代 ΔB);I_rms(纹波) = I_p-p/(2√3);典型纹波 ≤40% I_load([00])。

选芯两步快查:①小纹波大直流 → LI² = L·I²(mH·A²)查选芯图,迭代匝数([02] §6);②大纹波(反激/buck-boost/CrM PFC)→ 先五步算 PL(§5),“损耗限制”就换大芯/低 µ/铁氧体气隙。

库内现成数字:NCP1622 75 W CrM PFC L=560 µH / Ipk 2.56 A / OCP 3.33 A / fsw 60~89 kHz([库] 30_经典IC精读/06_PFC/NCP1622/03);NCP1681 750 W 图腾柱 L=180 µH / 20 A sat / CCM 峰值 16.1 A vs CrM 24.8 A([库] 30_经典IC精读/06_PFC/NCP1681/03 与 README);反激 65 W PQ26 铜损 ≈0.5 W、磁损 0.24~0.29 W、ΔT 16~27 K、δ ≈0.21 mm @100 kHz([库] 10_基础理论/04_开关电源/02_反激变压器设计 §4/§6)。


上一级:电感磁件