LC 濾波器該選哪種電感？鐵氧體、鐵粉芯、空心的完整比較

在設計 LC 濾波器時，選用哪種電感類型往往決定了濾波器的最終性能。不同的磁芯材料、氣隙設計與封裝結構，決定了電感在高頻下的損耗、飽和電流與阻抗特性。

三大磁芯材料特性比較

1. 鐵氧體（Ferrite）

鐵氧體是一種陶瓷磁性材料，電阻率極高（10²~10⁸ Ω·cm），因此在高頻下的渦流損耗（eddy current loss）很低。這使它成為 20kHz~1MHz 開關電源應用的首選。

• MnZn 鐵氧體：適合 20kHz~500kHz（功率應用）
• NiZn 鐵氧體：適合 500kHz~100MHz（射頻應用）
• 飽和特性：硬飽和，一旦超過 I_sat，感值急遽下降

2. 鐵粉芯（Iron Powder）

鐵粉芯是將鐵粉末與絕緣材料混合後壓制而成的磁芯，內部有大量微小的自然分布氣隙，因此飽和特性較為「軟性」——即使電流超過額定值，感值也不會像鐵氧體那樣急遽崩跌。

• 適用頻率：20kHz~300kHz
• 特色：DC bias 特性好，適合有直流偏置的場合（如輸出電感）
• 缺點：損耗較鐵氧體高，Q 值較低

3. 空心線圈（Air Core）

無磁芯，無飽和問題，適用於任何頻率。但電感值通常很小（nH~μH 等級），需要很多匝數才能達到目標感值。

如何選擇：LC 濾波器應用

LC 濾波器選用鐵氧體磁芯電感作為標準方案，因為：

• 高頻損耗低，在開關頻率附近有良好的濾波效果
• MnZn 鐵氧體（如 N87、N97 材料）在 100kHz 附近損耗因子 tanδ 約 5×10⁻³，發熱可控制

如果 LC 濾波的應用場合同時有直流偏置電流（如輸出端），則應選用鐵粉芯（如 Kool Mμ 或 MPP 磁芯）。

參考品牌與型號系列

• TDK: N87, N97, N49（鐵氧體）
• Micrometals: Kool Mμ, Sendust（鐵粉芯）
• EPCOS (TDK): N59, N87（功率鐵氧體）
• Würth Elektronik: WE-PD, WE-PFC 系列（功率電感）