电感设计原则：避免饱和与合理选取铁粉芯

电感设计的三个基本原则围绕磁性材料的磁特性及其在实际电路中的应用展开。首先，理解磁滞回线至关重要，它是描述磁性材料磁化特性的曲线，其中磁场强度H与磁感应强度B的关系。当H增大时，B会随其上升，但当H达到饱和点，B的增益急剧减小，直到B不再增加，此时磁芯已完全饱和。在一般电路设计中，避免电感饱和是非常重要的，因为饱和会导致磁性能急剧下降，可能影响电路的正常工作。 在储能滤波电感的设计中，考虑到需要处理直流电流，包括低频的开关电流，因此需要考虑直流磁场强度Hdc，即直流工作点。为了能承受大磁通，磁芯常常需要加上分布气隙，这使得磁芯的饱和不再是瞬间的，而是逐渐的，这就涉及到电感在直流电流下的感值调整问题。合理的电感感值应在保证不饱和的前提下，满足设计的纹波电流要求。 对于PFC、BOOST、BUCK和DC-DC转换器的电感，其选择和设计主要基于纹波电流，特别是纹波电流百分比，它反映了电流的波动程度。例如，在BUCK和DC-DC电路中，直流工作点IAVG相对恒定，磁芯感值的选择要确保在该点保持至少30%的初始磁导率，以防止控制器受到过大影响。 而在PFC和BOOST电路中，直流工作点与交流电源频率相关，比如在50Hz/60Hz的工频下波动，此时的纹波电流定义为最大瞬时电流与额定输入电压下电流峰值的比率。在特定的恶劣条件下，如低压满载时，直流工作点下的电感设计必须能够稳定地处理这些负载情况。 电感设计不仅考虑磁性材料的基本磁性参数，还要充分考虑直流工作点、纹波电流控制、磁芯类型和饱和管理等因素，以实现高效的电路性能和稳定性。