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标题: 滤波扼流圈设计方法 [打印本页]
作者: anticipate    时间: 2008-8-25 21:54
标题: 滤波扼流圈设计方法
滤波扼流圈设计方法
作者: anticipate    时间: 2008-8-25 22:11
滤波扼流圈设计方法1 L( P2 n) h# G; ?2 l$ c
在电子设备中，将交流电经整流后得到脉动直流电，为了获得平滑的直流电流，必须采用电容滤波或电感滤波，以减少整流后的纹波电压，虽然许多小功率的整流电路，只需在整流后并联上一只大容量的电解电容器，即可满足要求。但对直流负载功率达几百瓦的整流电路，单靠电容器滤波是不够的，因为加大电容器的容量，它的体积也要增大，另外，当负载电流变化时，直流电压的波动也会增大，输出特性变差。如果在整流后采用一个滤波扼流圈，与电容器配合接成π形滤波电路，或者接成倒L形滤波电路，那么，滤波效果要好得多了，见图1所示。
8 s/ D/ X0 m' a% `6 Y* _, K8 u. n& l) X8 x0 m6 ?7 X& A

; \$ |' @6 e- I0 B) N8 Z
* d3 B* `1 e* j& E6 s) i; G7 p4 n如何确定滤波扼流圈的电感量 L？在图1中，先计算负载电阻 的阻值:
& O5 W9 M2 G1 [
% ?" H( `! S( `( p9 N( {( P (Ω). c. r# _8 j; I6 \) r
) U7 }8 ~% Z* ~( F- Y5 d- h$ X
那么，滤波扼流圈的电感量L可以根据负载电阻 的大小，按下式计算电感量L:( i7 X( B7 |$ {" o' c+ w/ s
+ u7 W8 }& ]$ P) Q$ ?: c" I& P
(亨)
  \6 \/ _$ q4 ]' d) B
$ [/ ^" t: T! o8 r当电源频率f=50Hz时，则  a8 f6 E; b% o! E# p7 R

" ?7 l7 g- o$ k3 p9 ?. Z* y (亨)1 ~5 O2 a. _5 O9 ?
1 [# c2 @2 X4 H8 B* Q; v
例如: 经整流、滤波后的负载电压为24V，直流电流I为5A。此时负载电阻 =4.8Ω。那么要求滤波扼流圈的电感量L:
' T! ^! w, H( n: v
" o7 Y1 e2 h, Y& k3 P6 M& X4 w- N5 H
  p. x! r, ^' k  W
% q% @# H, J' {  R# P- K4 U# [5 y即电感量为5毫亨，直流电流为5A。
+ f/ p6 S& _5 o3 h% B! P- Q  i
5 o! k4 z: U. i+ d$ O由于在滤波扼流圈中通过的是脉动直流电流，其中主要的是直流成分，也有少量的交流成分，即在交直流同时磁化下工作的。因此在铁芯中产生很强的直流磁通，甚至使铁芯中的磁通达到饱和状态。制造这样的扼流圈，在铁芯的磁路中都留有一定的空气隙lg以防止直流磁通的饱和。滤波扼流圈的铁芯体积V、线圈匝数N和空气隙lg，是由三个有相互关系的电气参数，即:电感量L、直流磁化电流I和线圈两端的交流的电压U~而决定的。+ T9 b- @/ G! e( h
4 B% G& ^8 y% ]% [- V6 _
滤波扼流圈的匝数、和通过的直流电流，因而在铁芯中产生直流磁通，同时在直流电流中还含有纹波电压，因此在铁芯中也含有一部分交变的磁通，它叠加在直流磁通上，见图2所示。
* l( w3 J; u& i" |) O* ~8 K% v
9 Z- O& n. @3 v$ T6 e1 K6 \ 6 h3 M. h( I  O
( ^0 Q7 n: I. W4 f# ]2 E5 l9 C
滤波扼流圈的磁路是由铁芯的磁路长度 和空气隙lg两部分组成。虽然磁路长度 极大于空气隙lg，但这两部分是不能直接相加的。因为这两部分的导磁率μ是不同的，在空气隙中的导磁率是1，而在铁芯中的导磁率视铁芯的饱和程度而定。磁路中有空气隙的，其有效导磁率μe一般在100~ 1000。
+ F6 M& E0 o5 z- i! U1 q4 q
6 c0 j2 _9 e  i. N/ @0 I在铁芯中的导磁率与空气隙中的导磁率两者比值极大，而空气隙对磁通的阻力很大。所以某个滤波扼流圈，当通过的直流磁化电流变动时，而电感量的变化很小，那么这种扼流圈称为线性扼流圈。
+ t/ z" X7 A* G( w+ g, J' B% U. m
假如磁路中的空气隙lg很小,当直流磁化电流变动时，使电感量也引起变动，如通过的直流电流变小时，电感量L增大，当通过直流电流增大时，电感量L减小，（如音频乙类功率放大电路）。这种扼流圈则称为非线性扼流圈，又叫做摇摆扼流圈。$ B0 K4 q7 {( H2 y9 Z3 S
6 u" i7 U0 @# Z4 ]' }7 c! i
滤波扼流圈铁芯体积V的大小，与  的乘积成正比例，所以设计时，先要按表一选定某一型号的铁芯，并求出 的比值，再从图3的曲线上求得 的对应值，此时即可计算绕组匝数N:
) r' q* l/ \1 V
  {7 C+ U+ F; x) k* E  x, F8 S! C (匝)+ x' _9 W0 ?0 ~# R
  j# [) _# n; _4 ~4 Q) K9 H
导线直径d也根据表一提供的电流密度J进行计算:" I& L' l% Z& W# T5 Q! v9 O

: ~( ^$ H  b9 `; t (mm)
5 R7 j7 v. A2 k# T! y, f# O1 ~! b0 J: H* y1 V2 G/ x+ Z. M
现举例设计一个10mH、5Ad.c.的滤波扼流圈，用于50Hz整流电路上，电压降不大于1.5V。+ S) ]9 ^* Y8 ]

2 B2 E$ Y3 }0 G2 ^9 W2 T6 _计算步序:) ?  \9 c! }7 D( p$ n- \; e

/ B9 J, H) w8 a; G+ q* T/ b3 J1.计算   =0.01x =0.25( }4 u! t- y7 h
% [/ U5 ], {) C- D" Z5 g: h) `
在图3的中部区间内。) ^2 b: E5 }: X/ q3 O' h

+ }; ^6 @$ D; H8 y( R6 H* \3 t2.按表1选择铁芯，并计算 选择EI26×28，铁芯体积V=108 代入下式:
' q3 a9 F$ ]% l7 v
% }% J1 G* Q; n- m- f - a/ O8 ?' a4 f1 M* `/ W

4 r, W2 l. R9 A6 ?5 X5 R然后在图3的纵座标上，找到23× ，并找到对应的H值为40。. F8 T) z! W- C9 c1 Y% b4 V3 _
5 v; s0 @' w& ]+ }5 _9 D2 m# Y

# O( _( ]; e) C( l- y+ T
7 m" _3 n/ e: n1 Z/ ~3.计算线圈匝数6 w$ s% Q+ R2 [$ h6 B
. ]/ |$ K9 I/ S) {1 w8 k/ E
因为H= =40
  R8 t. e% r' }
  A1 ?) u; x" a2 O, y  O' V9 L所以N= =125圈
, K( J0 y+ `& a% M
$ e7 R! G  u% H2 S, ^7 ^4.计算导线直径d
+ g" c5 A( n% |4 p" @: q) E' f" ~1 _2 [3 }8 E
=1.35 mm
  e- Q. [2 O3 f$ q! L/ A4 d2 ]* V, D
% T! Q4 L+ S  j7 J% h1 T按线规表选择 QE-1.32 漆包线。* v% ^! |4 d7 p! d9 u- [" N; |
' }% V  ?7 R; k; M  c' ?0 ?3 x- p
5.表一中所列的铁芯系列，是变压器厂常用的规格，一般都配有塑料骨架，本例中QE-1.32漆包线绕125圈，正好能绕在EI-26×28的骨架上，线圈厚度为10mm。
, s" E- o: ]) t, W% M* c
0 D4 r2 p' o+ B6.平均匝长lo
) t5 t9 O. ^5 a* ?. G. K
! j5 b7 i  d' \% z' Jlo=2×(29+31)+10π=151 mm
% P1 L: v( L; B5 N& }/ h+ ~( g4 l, x6 |
7.导线总长L
$ Y# B- e/ X3 y1 s3 D9 O1 E$ V( }6 Z. ]# a2 P& c
L=Nlo=125×0.151=18.9m: Q- h# e4 |1 J% G( I0 y
; [0 n  a9 {+ {( j( A8 b9 H
8.直流电阻R20℃
+ B8 D+ r) r% y" u; I
' u5 R+ Q" _% t# W. h8 x8 K 4 v5 k' A2 W8 x1 w2 v' f1 ~+ l
2 b- h/ ~! @$ s
9.电压降Ur
% a9 _: ?/ v9 o6 i6 J- g; Z
  k+ h" V% L+ ]Ur=I =5×0.242=1.21V) Z. x% l9 ~; n$ }  a% O- y
! J0 I: L/ x4 J
此电压降Ur接近并小于预定值1.5V，比较合适。如果计算Ur值大于预定值。则应重选大一号的铁芯。减少圈数，增大导线直径。如果客户对Ur未提出要求。也应以表一提供的电流密度J计算导线直径，若设计时J取得偏高，则导线偏细，线包温升就会偏高。: |+ q5 p. p3 k! n
/ v1 y7 D1 d% L" e* _2 w6 W" e  t
10.空气隙lg. e- G4 ]& t2 u/ D- J8 M

2 j. V( I7 Q$ Q" C! f! F' x1 Z在图3的曲线上，本例计算正好在两个点0.004~0.005之间，可取0.0045 =lg，由于EI型铁芯磁路中要遇到两个空气隙，所以计算空气隙时应除以2lg= =0.35mm
2 _% l/ A( P7 m  S: d7 h' S% i
1 K5 j+ e0 p; n' A即在装配铁芯时，在EI型铁芯之间垫以0.35mm厚的绝缘纸板，由于铁芯材质不同，导磁率也有高低，在测试时，可调整空气隙的大小，以达到需要的电感量。
' d0 ~* e3 i: r8 L; R' A$ g6 _
5 W" i  H. p! d5 E/ @
6 d- S9 {  ~/ B- B% _4 m
6 d. w1 T; S1 z7 G( W# ?现将EI16×24铁芯滤波扼流圈参数列于表二、EI26×28铁芯滤波扼流圈参数列于表三中，供设计时参考。
作者: sikixu    时间: 2010-8-1 22:59
受教了，顶一个
作者: binwenn28    时间: 2010-9-20 10:41
不错很详细
作者: hlmm    时间: 2010-10-4 14:01
没看到你文中所谓的图和表



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