Für eine Drossel im Schaltnetzteil zählen der Induktivitätswert im Betrieb, die Stromkurvenform und die thermischen Bedingungen. Ein Nennwert in µH und eine einzelne Stromangabe reichen nicht aus. Das folgende Buck-Beispiel zeigt auch einen Definitionsfehler, der den berechneten Induktivitätsbedarf halbiert.
Topologie und Stromwelligkeit festlegen
Die Rechnung gilt für einen idealen Buck-Wandler im stationären, lückfreien Betrieb (CCM), bei fester Schaltfrequenz und linearer, konstanter Induktivität. Der mittlere Drosselstrom entspricht dann dem Ausgangsstrom. Boost-, invertierende Buck-Boost-, lückende und magnetisch gekoppelte Mehrphasenschaltungen benötigen eigene Ansätze.
Während der Einschaltzeit liegt Vin − Vout an der Drossel; in der idealen Freilaufphase ist es −Vout. Die Integration von vL = L × di/dt über die Einschaltzeit ergibt die Spitze-Spitze-Stromwelligkeit ΔIpp. ΔIpp bezeichnet hier immer die Differenz zwischen maximalem und minimalem Strom, nicht deren halbe Amplitude.
D = Vout / Vin
ΔIpp = (Vin − Vout) × D / (f_s × L)
L = (Vin − Vout) × D / (f_s × ΔIpp)
Ipk = Iout + ΔIpp / 2
I_L,rms = sqrt(Iout² + ΔIpp² / 12)
Für den Effektivwert wird das Quadrat des Gleichstromanteils mit überlagertem Dreiecksripple über eine Periode gemittelt. Die Formel beschreibt keinen Burstbetrieb und keine Transienten. Die TI-Anwendungsschrift SLVA477C, Seiten 2–3, behandelt die entsprechenden CCM-Ripple- und Spitzenstromrechnungen. Unser Tastgrad ist ausdrücklich ideal; er wird nicht mit der wirkungsgradabhängigen Abschätzung aus der TI-Schrift gleichgesetzt.
Das Beispiel von 12 V auf 5 V neu rechnen
Angenommen werden 10.8–13.2 V Eingangsspannung, geregelte 5 V am Ausgang, 3 A Laststrom und feste 500 kHz. Als Entwurfsannahme soll ΔIpp bei nominal 12 V höchstens 0.9 A betragen. Dies ist ein Rechenbeispiel, kein gemessener Wandler und keine freigegebene Bauteilempfehlung. In Formeln und Tabellen steht der Dezimalpunkt.
Vin = 12 V; Vout = 5 V; Iout = 3 A
f_s = 500 kHz; ΔIpp,target = 0.9 A
D = 5 / 12 = 0.416667
L = (12 − 5) × (5 / 12) / (500000 × 0.9)
= 6.481481… µH
Bei einer Spitze-Spitze-Angabe gehört kein zusätzlicher Faktor 2 in den Nenner. Die bisherige Rechnung kam damit auf etwa 3.24 µH, verwendete anschließend aber nochmals ΔI/2 für den Spitzenstrom. Die Definitionen passten nicht zusammen. Auch ein auf 6.8 µH gerundeter Nennwert muss erst geprüft werden.
Eingangsspannung und Anfangstoleranz berücksichtigen
Für jeden relevanten Eingangspunkt wird erneut gerechnet. Die Tabelle nimmt konstante Induktivität an und lässt Gleichstromvormagnetisierung sowie Temperatureinflüsse unberücksichtigt. Nur die letzte Zeile enthält eine Anfangstoleranz von −20%.
| Angenommener Eingang | Angenommene Induktivität | Berechnetes ΔIpp | Bedeutung |
|---|---|---|---|
| 12 V | 6.8 µH | 0.858 A | Nomineller Arbeitspunkt |
| 13.2 V | 6.8 µH | 0.914 A | Zielwert 0.9 A bereits überschritten |
| 13.2 V | 5.44 µH | 1.142 A | Anfangstoleranz erhöht den Ripple weiter |
Damit ist die Einhaltung von 0.9 A im gesamten Eingangsbereich für einen 6.8-µH-Kandidaten nicht nachgewiesen. Auch 5.44 µH ist kein garantierter Mindestwert im Betrieb. Dafür sind die Strom- und Temperaturkennlinien des genauen Typs nötig. Typische Kennlinien und garantierte Grenzen müssen getrennt bewertet werden. Bei variabler Frequenz ist auch die niedrigste mögliche Schaltfrequenz zu prüfen. Der Auswahlleitfaden von Coilcraft erläutert den Zusammenhang zwischen Katalogwerten und Prüfbedingungen.
Sättigung und Erwärmung getrennt bewerten
Der Spitzenstrom dient zur Beurteilung der L-I-Kennlinie und des vom Hersteller definierten Isat. Für die Erwärmung zählen die tatsächliche Stromkurvenform, ihr Effektivwert und die Verluste. Eine Datenblattangabe Irms bezeichnet den Strom eines festgelegten Erwärmungstests, nicht den gemessenen Effektivwert dieser Schaltung. Die Coilcraft-Schrift zu Stromangaben erläutert die Definitionen und Messbedingungen.
Für die letzte Tabellenzeile wird zusätzlich ein konstanter Wicklungswiderstand von 20 mΩ bei der betrachteten Temperatur angenommen:
Vin = 13.2 V; L = 5.44 µH; Iout = 3 A; f_s = 500 kHz
ΔIpp = 1.141934… A
Ipk = 3.570967… A
I_L,rms = 3.018057… A
R = 20 mΩ
P_R = I_L,rms² × R = 0.182173… W
Dies schätzt ausschließlich die Widerstandsverluste unter dieser Annahme. Frequenzabhängige zusätzliche Wicklungsverluste und Magnetkernverluste sind gesondert zu berücksichtigen. Daraus folgen weder Temperaturanstieg noch Wandlerwirkungsgrad. Die TDK-Anwendungsschrift zu Leistungsdrosseln unterscheidet die Verlustanteile von Wicklung und Magnetkern.
Der Spitzenstrom bei normaler Last ist zudem nicht der Fehlerstrom. Zu prüfen sind garantierte untere und obere Strombegrenzung, Messverfahren, Verzögerung, Anlauf und Fehlererholung. Die untere Grenze betrifft die Lieferfähigkeit, die obere Grenze samt Überschwingen die Bauteilbelastung. Ein pauschaler Sicherheitsfaktor ersetzt diese Prüfung nicht.
Den Kandidaten in der Schaltung prüfen
- Empfohlene L- und Ausgangskapazitätsbereiche sowie Regelungs- und Kompensationsvorgaben des Controllers einhalten. Mehr Induktivität ist nicht automatisch zulässig.
- Vollständige Typnummer, Toleranz, Messfrequenz, Strom-/Temperaturkennlinien, maximalen DCR, Isat-Kriterium, thermischen Prüfaufbau, Abmessungen und Temperaturgrenzen dokumentieren.
- Den Strom bei Eingangs- und Lastgrenzen, beim Anlauf und bei relevanten Transienten messen. Bandbreite, Offset und Spitzenwerterfassung der Stromsonde prüfen.
- Die Bauteiltemperatur auf der vorgesehenen Leiterplatte und im Gehäuse messen. Danach Ausgangsripple, Lastsprungverhalten, Wirkungsgrad und EMV des Gesamtsystems bewerten. Nenninduktivität, Schirmung oder ein pauschales SRF-Verhältnis belegen diese Eigenschaften nicht.
Begriffe erklärt der Leitfaden zu Spulenparametern; die physikalischen Grundlagen stehen im Grundlagenartikel. Die konkrete Controller- und Bauteilauswahl sowie die Prototypfreigabe benötigen weiterhin technische Prüfung.
Quellen und Überarbeitung
- B1 — TI, Basic Calculation of a Buck Converter’s Power Stage: SLVA477C, Dezember 2011, überarbeitet September 2026; Seiten 2–3, Gleichungen (2), (4), (5), sowie Seite 5 zu Bauteil- und Kompensationsvorgaben.
- C1 — Coilcraft, Current and Temperature Ratings: Doc 361, HTML geprüft am 2026-10-29; Definitionen und Messverfahren.
- C2 — Coilcraft, Selecting the Best Inductor for Your DC-DC Converter: Doc 469, HTML geprüft am 2026-10-29; Datenblattinterpretation und Induktivität.
- T1 — TDK, How to Use Power Inductors: offizielle HTML-Seite, geprüft am 2026-10-29; Stromangaben sowie Wicklungs- und Kernverluste.
Überarbeitung vom 2026-10-29: Spitze-Spitze-Definition korrigiert, unbelegte Auswahlresultate durch ein nachrechenbares Buck-Beispiel ersetzt und Sättigung, Erwärmung sowie Verifikation getrennt. Ursprüngliche URL und Veröffentlichungsdatum bleiben im Quelldatensatz erhalten. Redaktionelle KI-Selbstprüfung; keine unabhängige Prüfung durch muttersprachliche Fachingenieure und keine Prototypmessung behauptet.
