开通损耗为 2.748W；关断损耗为 0.76W；驱动损耗为 0.344W。则三相功率开关管的总损耗为 16.213W。
功 率 二 极 管 选 用 STPS20H100 ， 其 导 通 压 降
则
J
=
3.2
A mm2
，远小于通常选择的电流密度
(4 ~ 9) A / mm2 ，可以进一步降低绕组的温升。
式中 AS --未绕线圈的磁芯表面积（ cm2 ），则
ΔT = 54.3°C 。由于磁芯损耗占主导地位，主要是由
于电感纹波电流较大，但此损耗基本上在允许的范围 之内，由于三相交错并联 BOOST 的优良特性，基本 上不会影响变换器的性能[2]。
Lp
N = Lmain ------------------------------------------（5） AL
取 N = 18 ，实际电感量为182 × 65nH = 21.06μ H 。 平均磁路长度为 l = 5.67cm ，则最大输入电流时
Lmain 为目标电感量 20μ H ，Lp 为实际电感量，而 N '
Key words： SENDUST CORE；Boost converter；Iterative calculation
1．引言 大电流滤波电感可使用铁氧体磁芯、铁粉芯及合
金磁芯。但是如果输出电流进一步变大，铁氧体磁芯 的磁通密度会逐渐达到饱和，而铁粉芯的磁芯损耗也 将变得更大。在这种情况下，主电感使用铁硅铝磁芯 将是合适的选择，其饱和磁通密度更大，而价格却更 为低廉。
Aw = 1.49cm2 ，考虑到导线绝缘及胶带均占有面积，
设定充填系数为 50%，则单股导线可用截面积为，
Aline
=
Aw / 2 N
----------------------------------（9）
则 Aline = 3.24mm2 ，使用 AWG #16 双线并绕，
则 pL = 1.444×103 mW / cm3 。 77351 磁 芯 的 体 积 Ve = 2.28cm3 。所以磁芯损耗为，
Abstract：The iron powder core is widely applied on the filtering inductance of large DC current because of high saturate flux density. But much large core losses of sendust core is the one of the disadvantages. On comparison, the sendust core not only have all advantages of iron core, but the core losses is smaller. So it is very well suitable for the application of filtering inductance. For engineering application, the design process with sendust core is introduced in the paper, and iterative calculaton is also pointed out as the key process of optimizing parameters.
因而可以通过增加匝数来增大电感量，但会增加
磁场强度，因而可用另一个低 μ 磁芯迭代计算。
2.2 初始计算 Magnetics 公司的磁芯选择曲线如图 1 所示[1]，
由 电 感 所 要 存 储 的 能 量 （ 为 实 际 值 的 2 倍 ），
E = Lmain × Iin2 ---------------------------------------（4）
率 μr = 90 ，电感系数 AL = 65nH ，得
满载时的有效磁导率是初始磁导率的 78%，实际的电
感量为 51nH × 202 × 78% = 15.9μ H ，为了达到满载 时的目标值 20μ H ，则调整后的匝数为 N = Lmain × N ' ------------------------------------（8）
则电感的感量为，
Lmain
=
Vin _ min × Dmax Iin × KL × fsw
-------------------------（3）
其中 KL 为电感电流纹波系数，由于采用三相交
错并联结构，可选为最大输入电流的 45%。
Iin = 9.7 A ； Dmax = 0.7 ； Lmain = 20μ H 。
PCORE = 3.3W
则此电感的总损耗为：
PTOT = PCU + PCORE = 3.9W
再使用以下公式计算温升[1]，
AWG #16 包含绝缘时的面积为 A#16 = 1.52mm2 ，则
实际的电流密度为，
ΔT = ( PTOT )0.833 1.8× AS
J = Iin ----------------------------------（10） 2 × A#16
交，此磁芯的有效磁导率为初始磁导率的 62%，说明
Iin 时的电感量减少到 21.06× 62% = 13.06μ H 。
在此时的有效磁导率下，磁芯中的直流磁通密度
为 B = uo × ur × H × 62% -------------------------（7） B = 0.22T = 2200Gs ，远小于 Bs = 10500Gs 。
电感采用 Magnetics 公司铁硅铝磁粉芯材料，其
磁导率随磁场强度不同而变化[3]，轻载和重载时不同
的电感量会对闭环设计造成影响，因此依照经验选定
电感在整个负载范围内摆幅不超过 25%。
的磁场强度为 H = N × Iin -----（6） l
则 H = 3080A / m = 38.7Oe 。 图 2 中[3]曲线 μr = 90 与纵坐标 H = 38.7Oe 相
μr = 60 的磁芯，每 cm3 损耗的表达式[1]为，
pL
=
B 2.00 ac
----------------（15）
式中的单位为，B—kGs；F—KHz，
2.4 损耗与温升的计算 由 [4] 得 到 77351 的 线 圈 窗 口 面 积 为
2．铁硅铝磁芯主电感的工程设计 由于交错并联的三套主电路完全对称，因而每相
的主电感均相同，以下仅选择其中一相作为例子。 此变换器的基本电气参数为：输出功率
Pout = 580W ；输出电压Vout = 66V ；最低输入电压
Vin _ min = 20V ；最高输入电压 Vin _ max = 60V ；开关
关键词：铁硅铝磁芯；BOOST 变换器；迭代计算
Engineering Design of Boost Inductance with Sendust Core Hu Yan-shen, Xie Yun-xiang
(Astec Power Lab, College of Electric Engineering, South China University of Technology, Guangzhou, Guangdong 510640 )
经过两次迭代计算，可以得到一个较理想的电感 量，在整个负载范围内其摆幅不超过 25%。如果经过 多次迭代仍然无法达到要求，可以考虑改用更大尺寸 及更小初始磁导率的磁芯。
H ac
=
N × KL × Iin l
---------------------------------（13）
Bac = uo × ur × Hac × 76% -------------------------（14）
11.941A；波谷值为 7.717A；功率开关管的电流有效 值为 8.269A；功率二极管的电流有效值为 5.452A， 其电流平均值为 2.979A。
功率开关管选用 IRFB4710，其 DS 导通电阻
Rds(on) = 14mΩ ； Qg = 170nC ； COSS = 440 pF ； tr = 130ns ； t f = 38ns 。可得到导通损耗为 1.68W；
再次计算磁场强度， H = 41.46Oe ，
再由图 2，曲线 μr = 60 与 H = 41.46Oe 相交，
图 1 存储能量—磁芯型号对应曲线
图 1 Magnetics 公司的磁芯选择曲线
在图 1 上由 E = 1.88mJ 与初始磁导率为 90 的磁
芯相交，暂选定型号为 77314。由[4]可知，初始磁导
第一次计算的温升为 ΔT = 54.3°C ，于是电阻将 乘以一个系数1.003954.3 = 1.235 ，铜线的为正温度系 数 为 0.39% / °C ， 于 是 环 境 温 度 为 (20 + 54.3) = 74.3°C 下 的 电 阻 是
线圈的铜损为，
PCU = Iin2 × Rdc -----------------------------------（12）
为 Lp 时的匝数。因而 N = 23 ，此时的磁场强度为， H = 3795A / m = 47.68Oe ，有效磁导率近似是初始
磁导率的 76%，实际电感量为，
Lmain = 51× 232 × 76% = 20.5uH
磁芯中的直流磁通密度为，
B = 3795× 60× 4π ×10−7 × 76% = 0.217T = 2170Gs
频率 fsw = 150KHz ；交错并联的相数φ = 3 。
2.1 电感量的确定 变换器的最大占空比为，
Dmax
= 1 − Vin _ min Vout
------------------------------（1）