在車載充電機(jī)（OBC）中，PFC電感是保障充電穩(wěn)定的關(guān)鍵角色。以 6.6kW 的 OBC 為例，其內(nèi)部包含有2個(gè)交錯(cuò)式PFC電感，2個(gè)LLC主變壓器、2個(gè)諧振電感、2個(gè)共模電感以及輸出整流濾波電感等。今天，我們通過PFC電感設(shè)計(jì)實(shí)例，帶大家了解其設(shè)計(jì)過程。

01.設(shè)計(jì)前：給PFC電感制定工作KPI

PFC電感設(shè)計(jì)，首先要明確工作目標(biāo)。在 6.6kW 的 OBC 中，常見的PFC電感設(shè)計(jì)要求如下：

輸入電壓：176~276V（適應(yīng)不同電網(wǎng)電壓輸入）；

輸出功率：6600W（承擔(dān)能量轉(zhuǎn)換的核心任務(wù)）；

輸出電壓：400V（為后續(xù)電路提供穩(wěn)定高壓）；

效率：約 95%（高效轉(zhuǎn)換能量，減少損耗）

開關(guān)頻率：40kHz（決定工作節(jié)奏）；

紋波電流：設(shè)為最大峰值電流的 30%（讓電流更穩(wěn)定）；

工作磁通密度：Bm=0.5T（保障磁性能穩(wěn)定）。

02.五步設(shè)計(jì)法：一步步設(shè)計(jì)PFC電感

第一步：計(jì)算最大占空比

占空比指開關(guān)管導(dǎo)通的比例。在升壓型 PFC 中，依據(jù)電壓關(guān)系公式，輸入取最小值 176V（整流后峰值為176），輸出 400V，代入計(jì)算z最大占空比≈0.378，這一步確定開關(guān)管的最大導(dǎo)通比例，相當(dāng)于規(guī)劃其 “工作強(qiáng)度上限”。

第二步：計(jì)算輸入電流峰值

基于功率守恒，輸入功率=輸出功率/效率。使用公式代入輸出功率 6600W、效率 95%、輸入 176V可得電流峰值≈55.8A，這能找到電流的峰值，幫助選擇耐流的磁性元件。

第三步：計(jì)算電感紋波電流

按設(shè)計(jì)要求，取峰值電流的 30%：ΔI = 0.3 *55.8 = 16.7A?？刂萍y波電流，可減少電流波動(dòng)，避免充電過程出現(xiàn) “忽快忽慢” 的情況。

第四步：計(jì)算電感值

電感值決定其能量存儲(chǔ)能力。通過公式 帶入數(shù)據(jù)可得電感值≈141μH。這一步給電感設(shè)計(jì)合適的“能量倉庫”，確保能量轉(zhuǎn)換穩(wěn)定。

第五步：計(jì)算電流有效值

電流有效值用于評(píng)估發(fā)熱情況。依據(jù)公式代入55.8A，電流有效值≈39.4A。通過有效值設(shè)計(jì)散熱方案，可防止電感因過熱罷工。

在設(shè)計(jì)過程中，有兩個(gè)關(guān)鍵細(xì)節(jié)需要注意，一是輸入低壓時(shí)，電流峰值大，電感易飽和。因此計(jì)算時(shí)采用最小輸入電壓，確保在最壞情況下仍能穩(wěn)定工作。二是輸入輸出電壓、功率、頻率等參數(shù)環(huán)環(huán)相扣，如同齒輪配合，共同決定電感的最終設(shè)計(jì)，缺一不可，需要注意參數(shù)間的協(xié)同。

03.軟件設(shè)計(jì)實(shí)例：精確驗(yàn)證，讓設(shè)計(jì)落地有聲

完成理論計(jì)算后，借助專業(yè)設(shè)計(jì)軟件，結(jié)合實(shí)際磁芯參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。以 “鐵硅二代 184 磁芯（53T，線徑 Φ1.4X2）” 為例，軟件會(huì)綜合以下數(shù)據(jù)精細(xì)計(jì)算：

磁芯基礎(chǔ)參數(shù)：磁芯材料為鐵硅二代，外徑最大 46.74mm，內(nèi)徑最小 24.13mm，磁路長度 10.74cm，截面積 1.99cm2。這些物理尺寸是電磁性能計(jì)算的基礎(chǔ)。

繞組與電路參數(shù)：線徑 2.14mm，每匝線長 6.21cm；開關(guān)頻率 40kHz，峰值電流 22.65A，紋波電流 5.91A。軟件基于這些參數(shù)模擬電流、磁通量的動(dòng)態(tài)變化。

損耗與溫升分析：聚焦 60μ 磁導(dǎo)率數(shù)據(jù)，直流損耗 2.23W，交流損耗 9.96W；總直流損耗 13.53W，交流損耗 21.26W，直流溫升 81.0℃，交流溫升 118.0℃。這些數(shù)據(jù)直觀呈現(xiàn)電感工作發(fā)熱情況，幫助工程師判斷是否需優(yōu)化散熱設(shè)計(jì)或調(diào)整參數(shù)。

通過軟件模擬，不僅驗(yàn)證了電感值等前期計(jì)算的合理性，還全面評(píng)估了磁芯損耗、溫升等實(shí)際工作表現(xiàn)，確保 PFC電感在車載 OBC 中穩(wěn)定運(yùn)行。

04.PFC電感設(shè)計(jì)演進(jìn)：工藝升級(jí)推動(dòng)性能突破

PFC電感的發(fā)展歷經(jīng)多代工藝革新：

PFC電感1 代：圓線并繞起步

早期采用 2 個(gè) PFC 1 代設(shè)計(jì)，運(yùn)用圓線并繞工藝。圓線并繞雖能滿足基礎(chǔ)電感需求，但在高頻損耗、空間利用率上存在優(yōu)化空間。

PFC電感 2 代：扁線立繞升級(jí)

技術(shù)迭代對(duì)二代 PFC電感進(jìn)行了兩個(gè)優(yōu)化，扁線和立繞工藝。扁線增加了導(dǎo)線有效截面積，降低高頻趨膚效應(yīng)損耗；立繞優(yōu)化磁芯空間利用，提升電感功率密度與性能。

交錯(cuò)式 PFC電感：高效集成

最終演進(jìn)為 1 個(gè)交錯(cuò) PFC 設(shè)計(jì)，搭配鐵氧體磁芯與金屬粉芯扁線立繞。交錯(cuò)結(jié)構(gòu)平衡電流分配、減少紋波，緊湊形態(tài)適配車載 OBC 對(duì)小型化、高可靠性的要求，實(shí)現(xiàn)性能與空間利用的雙重突破。

05.結(jié)語

從設(shè)計(jì)目標(biāo)規(guī)劃、五步設(shè)計(jì)法推導(dǎo)，到軟件驗(yàn)證與工藝演進(jìn)，PFC電感設(shè)計(jì)處處體現(xiàn)對(duì)細(xì)節(jié)的極致追求。作為車載 OBC 中穩(wěn)流的核心角色，它以精密設(shè)計(jì)保障充電過程的高效與穩(wěn)定。這些技術(shù)突破不僅提升了車載充電的可靠性，更推動(dòng)著整個(gè)車載充電技術(shù)不斷向前發(fā)展，為新能源汽車產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步注入堅(jiān)實(shí)動(dòng)力。

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審核編輯 黃宇