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滤波扼流圈设计方法2 Z! Q# `: o( {* j7 |) ^2 e" I$ K
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。
9 M0 C6 S0 h' f( r$ \: L; L8 H2 q1 B+ `; C# U
1 e0 B$ K" C; `2 M4 ~( D4 b8 t2 m+ V% b9 t$ F
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:$ q% v* v( o" l/ a6 a# f* O
- s$ W! A' A! }( X; @
(Ω)
2 A4 C* h3 I: [" H7 p* j4 a+ X2 l
% x- ?& b( G k [( F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:
3 b3 Y) o1 L* j/ g/ i2 P( i
5 l2 J5 g5 Z4 E8 x8 X" g (亨)/ Y4 y8 t5 M. f7 X1 t; l: G
- k% W; u, t( m0 ~/ H% p* u& N! N/ R
当电源频率f=50Hz时，则
4 @$ g) \5 n" o, v0 P' W8 C6 L& s- k
(亨)% d# ]/ v) {. Y4 Y+ @& I9 ?
, M3 x$ E1 ?$ s) l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:# g: I9 r7 b. ? n9 B9 J2 N& F0 t6 `
. A! T6 T% z% A2 e
K8 B3 e9 B7 t: j* R/ B0 d
/ D7 ~+ n! V% E3 A
即电感量为5毫亨，直流电流为5A。1 z t$ O3 z$ D
- f5 n. y( m2 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。
; c' X* R0 H0 v* }( I& ~
" h1 l, a; j; F) s0 D) F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。
~1 h" x& b0 R3 T# p9 K0 h2 N" k: E) m5 y2 N
6 s1 [. [" h8 j R+ A* b
* L r8 p/ z0 w1 n5 ^' L
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。
* i( o( J& s9 x, d% J4 k* M/ Z) r& h& E
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。! W, |1 `; [, S; Y% H: a1 L
' s2 D4 j- A% t5 w+ d1 I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。
5 d; d3 i+ C- r* Z- \- `) e+ q5 C1 E+ W% \. l* x, [$ T
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:1 i" k- i+ j- \: t7 T1 ?' `
/ R4 z0 O2 Q# ^0 K3 G
(匝). ?2 w. U2 C8 U7 T t3 C
( B @' T, p! _+ e
导线直径d也根据表一提供的电流密度J进行计算:1 F, N, U+ v3 ~! ?4 D; v
4 m; p- y3 Z6 m+ \1 j( t0 V7 ~ (mm)+ o5 I7 a" ^% H4 n+ O9 S! [2 c
5 X5 ^7 U+ R9 ^% F0 l7 b4 X
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。
& \ ?: i" c; o; F8 h
0 u/ o4 r. { `* U4 B' a- K1 w计算步序:
4 K8 U% q9 n4 ?
1 L/ O0 ]6 J9 U2 T: `) |5 M1.计算 =0.01x =0.25
4 D: v" y( w) }9 B5 r* I3 f; E4 ?7 Q% M! E6 X% r
在图3的中部区间内。
6 j$ q, ^! b. ~ Q% e% b6 [: w9 G1 Y3 {# I3 e; ~
2.按表1选择铁芯，并计算 选择EI26×28，铁芯体积V=108 代入下式:" D1 O- i3 D" k
4 }0 Q3 }0 m' x y' _+ T. n* }- I0 y. @) M
$ V6 M. o$ Z- m! T6 v然后在图3的纵座标上，找到23× ，并找到对应的H值为40。, G" |" U' @7 I9 I% w
# ?, |& \% m3 Q6 d
' ^. A: L2 Y# a, ]7 G3 j
0 \" o% T5 X+ @2 b- F3.计算线圈匝数" J. F- l" y/ k; d" J
' _: E& ~( k1 t: t- w. d/ X1 ]
因为H= =40
# H0 g- \. g- H% X$ ?5 p2 e: X/ f' i+ c- }3 {9 k
所以N= =125圈' k) l; J: ~% ^3 Z# F
; n6 @- t% _/ k" b% |3 ]; V! ?
4.计算导线直径d, }% B% C- }2 w6 h3 j, V
+ ]+ D7 s# [/ {, B
=1.35 mm
% e& f* z. u0 Q* O* ~8 |5 M! ?( {0 v: V$ X$ Z- R
按线规表选择 QE-1.32 漆包线。6 x1 r) L0 ~" e) \: V* @4 q
( f3 X) e% s. k5.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。
3 s7 c% j0 P: S6 @# [6 f4 E8 |! V
) x$ t/ B+ Z* B2 u6 i, C6 Y, }7 n3 B; r6.平均匝长lo
' k' i) v6 h5 E' ^' N1 g, {
8 _* I: U4 x; p+ N- alo=2×(29+31)+10π=151 mm
# K0 X8 O: z8 A; \$ H
$ s7 O$ D- e/ U5 F9 V7.导线总长L& l4 c; [( V l' X8 _6 g! ]
! W6 Z5 U! f4 R1 m8 ^. {L=Nlo=125×0.151=18.9m+ _4 u( H0 C- O6 {( d
- S5 ?* f* J2 P- U. F* h! ~
8.直流电阻R20℃
2 e9 ]8 `- h- e1 o2 V
1 w. e. ?/ F+ g7 b& C; K# e
/ Q9 I# V# r0 T o B! I+ k* ^* p; ?3 G5 W8 [
9.电压降Ur1 s# \" w8 J7 E* g# O$ J
# j" y7 L5 a2 x D. k5 aUr=I =5×0.242=1.21V* }) S# A" t& [
' {5 u0 t! L4 [1 Y, Y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。+ W, y, g6 N" x3 [, n W$ O
+ z$ @' {- D2 b0 J7 z10.空气隙lg8 |1 R1 J' Q/ y: t7 `5 X1 _
) \2 l1 ]$ R% i9 {. Z* c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) x6 K: U; w: S. [6 f
5 \: L: C/ x, P5 A- }- U) i' Y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。
+ `/ n1 V6 c2 s7 a& f+ o \) x' v& g: G
" w) r# g9 Q1 E2 C9 j
# J. _' L) w3 I+ b3 @2 h0 N: `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。 |
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发表于 2008-8-25 21:54
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