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滤波扼流圈设计方法3 o& G3 l: D8 U! J; j* F
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。7 [2 I2 o( M7 {
- p' }6 m! d/ n* l2 r1 z/ q1 M
; H8 h( Y! J/ F3 a; |. V) A: e& T
$ A0 X* L7 P r/ a' _* k; v9 ~% h
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:( d; N) }- K4 y4 n6 [& b
6 z8 t/ y" P( u (Ω)9 z' y/ Y2 D' O8 r
O0 ~+ s2 A' H. l2 A$ c
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:
; u% J2 g5 i: s& S0 M3 K7 e# [7 t
# l1 y7 C% ?9 A9 { (亨)
' v7 b8 k9 Z- I5 I: b5 e4 j. ^1 g$ e* H! Y6 ~
当电源频率f=50Hz时，则
7 U/ k' K' b; m
6 a# Y: t O6 w( W7 @5 C: S; R6 O (亨)
9 R# W/ j; o3 B# m
$ R4 O6 v( u C3 x' _9 G1 S8 K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:6 E+ j$ Z1 K$ N3 j1 N
! i( {2 m Q+ s F) K$ ?8 A
9 _+ d/ H5 k) G3 F# T# J8 M7 f) [
I6 {' m$ N) ]; A( e) }8 W即电感量为5毫亨，直流电流为5A。# @$ S5 _* ]$ o1 T! R! [
9 h( a. `' T- K* z+ l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。" g n5 X& _$ a# y: @
8 @, l% u% T; d# m
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。9 O( T# D( y N. u
- y: `9 J( f5 D8 _( Z ( }. `2 [0 i* }1 i8 C' X3 k! c
# r; F9 d: y+ j& B& p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。/ y% Q: x: I- ^" Y" q4 ~5 S
% F# D0 [) B1 y* b$ F: 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。
. |; l8 e+ \3 v
. q7 o8 x% t$ o/ I2 [7 C, f6 U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。
( N# |5 O3 W. K) W S# ~ B. J$ \# t0 q/ s
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:
5 z+ U, G" T; i# z# q, h- t( Q" c' g3 N" ~
(匝)
R. N* ]# I: D3 @( [
/ _) A/ C4 Z3 V0 y; }2 i导线直径d也根据表一提供的电流密度J进行计算:
% ?8 `) R) `, M! m- {+ J) P
( r6 ^ g; Q( @) H$ Z (mm)
) r( s5 L) |3 ^! V' I, Z) k- v! e/ A2 V
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。, g! t: r! ]. ^! M+ K+ X& y/ E) j
& L; C }; u3 P5 O/ y2 {1 ^9 f计算步序:0 h- ]/ g( [+ B+ W" C4 ^
, c) L) y% G0 }, c3 W1.计算 =0.01x =0.25& f& z& w6 c( P+ t
: P1 x: x+ ?% H8 X, _$ B" y/ h
在图3的中部区间内。' i F' D7 C# q& R: v/ ], `2 \2 L
" M* T: z1 Z% u" p1 W$ C2.按表1选择铁芯，并计算 选择EI26×28，铁芯体积V=108 代入下式:
4 a' B" r' C. L, N+ P8 H' e) e
& D# s5 T E% m8 U+ F6 u5 i) A% t8 ^4 r- {% J6 u
然后在图3的纵座标上，找到23× ，并找到对应的H值为40。2 |& i5 m( H3 A
7 G: M9 f# c& F: k$ L
# e" b1 b2 k' k- z5 e* M6 Y
/ k% F7 ^( c- l3.计算线圈匝数
# u% @& }# ` _2 b' T7 d: B8 O
+ z: V4 C* Z" D& v9 _8 S因为H= =406 J" z) @1 c7 S" ?: o. _9 B
2 D. l9 D9 p) [) E4 @: w
所以N= =125圈
* T& g; Z6 p) s+ I
n4 E4 U7 _& M% y# q$ N! e4.计算导线直径d; M% c' l( R& N7 X7 g* m4 i
- ^$ x+ f' x) ~. f- F& `- O1 m =1.35 mm) ]: z7 \: G1 r8 W
; H( t8 ], S& z9 N: _* S% i: @
按线规表选择 QE-1.32 漆包线。
& I1 S9 `# R; |: T6 o9 r0 n4 j8 X# H/ I r* I+ y9 f# {8 v
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。
) D+ M# y. f8 H6 i: ^. _3 k {, h$ |$ V; b: f+ M5 H
6.平均匝长lo
5 U3 k+ _! h# k' ? Q! |
0 N7 v6 U7 d9 ^8 x9 p2 slo=2×(29+31)+10π=151 mm
% }* N/ S$ W6 | d% v* \! p4 z3 w
! X2 V' j9 j& H2 a( o7.导线总长L
' S8 w7 R7 G4 [
: }3 b# w+ v0 A, K( S; \2 L; KL=Nlo=125×0.151=18.9m3 p8 I4 t0 _$ n2 D" e, }
# Q) {+ t& G" R0 X, A" W8.直流电阻R20℃
6 t- `- k; o& g/ t% J# q& c5 J
3 H7 G' F- t% h F" ~: U; e
9 k2 b, ? M6 [+ n3 g K
& U) N* q8 n5 ^+ c8 B9.电压降Ur
# L5 i! P& y! ?5 @* V% k4 L- z5 k. W3 {- V0 x/ H! S
Ur=I =5×0.242=1.21V
5 L& l( o* Y: _; f& F8 V. C
9 N# q; I" ?$ s+ F7 }! v9 V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。
: y* ]( Q) _1 Z$ J+ ?- Z- w8 e) f0 B; V; d
10.空气隙lg
) t5 W, h# }7 D& e( U1 |: r6 N0 m$ M! v) S' u, |
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% q/ e- e- A6 v3 b* n3 Y4 m$ H# G" l
, {4 I/ I2 \7 O1 q& f. ?. B
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。
; ?7 t6 m9 }; Q& z6 v' N# B" e' A4 Y$ |2 z) v! r; Z3 b
4 y+ A$ W1 E+ y8 d' m/ @
) B3 U: T8 Y/ L$ R2 c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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