[经验] “饱和电感”高峰讲座！

作者：nc965

饱和电感设计少有资料可循，但是工程实践却是必要的。事实上，一个好的饱和电感的设计，对于以饱和电感为基础的吸收、谐振网络的影响事关全局。是一个非常重要的元件。而且，是一个需要认真对待、精确设计的元件。
一 饱和电感的作用
饱和电感的作用是在单端变换器中作为无损吸收或者软开关电路的电感元件使用，以适当的设计参数获得最佳的吸收或者软开关效果。如图所示：

图中L2即饱和电感，根据电路的不同，可以在MOSFET的S、D脚任意一端。但一般不要放到续流二极管D1两端去。这个电感可以是不饱和电感，也可以是饱和电感，还可以是磁珠电感。效果各不相同。单端拓扑包括所有的不隔离直接变换拓扑，饱和电感总是位于其开关器件的某一端。有变压器或者偶合电感的电路不适合饱和电感的应用，这是由于变压器或者偶合电感总是存在漏感，而漏感具有与饱和电感显著不同的特性，其吸收或者软开关的实现应该围绕漏感展开。

二 饱和电感的效果
采用饱和电感，只要参数设计得当，可以达到相当好的、近乎理想的软开关效果。因此，个人认为，只要采用设计得当的饱和电感无损吸收方式，将使单端拓扑的性能得到一个相当显著的提升，完全可以与有源软开关媲美。性能的提升包括开关损耗，开关应力，总效率，可靠性，成本。饱和电感最典型的应用，也是最能带来明显效果的应用就是常见的boost结构的PFC电路。与硬开关电路比较，功率器件的损耗可望数倍降低，效率可望整点提高。

三 饱和电感的性质

饱和电感作为一个特别的元件，具有三个最主要特性：

1 电感特性这个电感有明确的初始电感量，这个电感是一个非线性特性非常显著的电感，随着电流的增加，电感量减少，一直到0，即进入饱和状态。饱和状态的电感为0，这极有利于功率的传输，可以获得高效率。什么电流情况下进入饱和，以何种方式进入，对电路影响甚大，是需要仔细推敲的，是设计的重点。进入饱和状态前，有一个非常短暂的时间电感是存在的，尽管是非线性的。在退出饱和状态电流下降的0的过程中，同样有一个非常短暂的时间电感是存在的，与上述过程相反。这两个短暂的时间与我们的开关时间ton、toff正好对应。由于这个这个电感的存在，才能使我们能够实现预期的缓冲、吸收、谐振等功能。由于其电感是非线性的，其暂态过程非常复杂。

2 损耗特性饱和电感是一个耗能器件，或者说是一个功率器件，主要原因是在开关导通瞬间吸收顺态电流的储能远比关断过程残余电感最终释放的能量多，大部分能量在饱和或者脱离饱和的过程中消耗掉了，该能量表现为饱和电感的磁损。

3 高频电阻特性饱和电感实际上是介于理想电感和磁珠电感之间的一种电感，只要参数合适，对EWI抑制效果是明显的。当然这也可以理解为因为饱和电感在相当程度上实现了软开关所达到的效果。

四  饱和电感设计方法

首先，我们要知道饱和电感的设计（目标）参数是哪些？尽管这个问题一直是是含混不清的。有网友提出以下几点：1、饱和磁场强度；2、磁导率；3、磁阻；4、延时时间；我们来试着归纳一下：

1用什么磁性材料最合适？包括：饱和磁场强度、磁导率、磁滞回线、磁芯的高频损耗特性等等，这些参数我们现阶段只能这样解决：在现有的、可采购到的磁性材料里面筛选比较适合做饱和电感的材料。

2采用什么结构最合适？包括了绕组结构、磁路结构和散热结构等等。

3在什么条件下采用什么参数饱和电感最合适？包括以下不同的应用条件的变化：拓扑、电压等级、PWM（频率、占空、波形）、吸收形式（无损、有损、软开关等）、器件参数（开关和快恢复二极管）、控制方式（常规、交错或PFC），分布参数。

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