|
|
滤波扼流圈设计方法, C- H) w: J( t" v3 ?; b& V
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 W7 [2 t4 N, `0 L- _! C% J2 ]( X- S- M; T$ F& @& o
8 l! I: q6 W# q. A8 ]4 h$ c) o6 O+ f9 F3 g; J" \
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:
# |! j% b# n! B7 e& ~
5 `1 q' F* B* G (Ω)
- Z9 u/ h) [. x* J5 Q
2 y; D+ S# j' }! }% k1 g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:
' e+ P) C" _5 x2 N* M. U- ^' G' \0 \) ]% w' a! l2 t( X
(亨)
6 H& O( ]! q. k3 m) Y
' E$ U7 U5 F3 [4 E. K. ~7 ^当电源频率f=50Hz时，则 M6 P$ C5 [& E; T( d
0 O. H) r! X: D. J' x
(亨)2 J# B J0 R, k3 b( r' c! E
) h* C4 } {4 y; e
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 i2 c# `( o' j; {' O$ m, O+ t! M+ C! e0 Z) A: u
1 |' |% ]0 _. k, c6 R: i" k4 G
0 h3 [% a7 ?& M: \1 ^
即电感量为5毫亨，直流电流为5A。
' ^* e- f$ S7 S7 L8 w& e$ N! E
9 o7 `# Y+ y/ P- f: `7 [' M) Z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。
' ^) P# O5 Z9 t3 X* g& L+ p3 z
, \9 y8 r# N6 l6 R+ ?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。' C& W. {4 Z+ h9 {* B$ R" s7 ~. ^
5 {7 @) A5 w! K
# P2 y/ ~- r) L% Z" a; Z3 W
9 t7 [3 ~( |/ V+ J6 B) I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。8 ?/ \' E6 ~) N+ R
: A1 L; y/ l" D9 z" G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。
) q$ ^3 p: n5 v5 ]( ]
( C3 d) E8 ]. |( l% p# T/ A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。' f* Y$ Q0 S* P* j2 E
$ [) c9 u" N, }/ w4 I- e
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:* r9 m& _) F% j/ n
& z# d% i7 }7 b2 E& f (匝)0 W5 M0 W, N4 j7 F Y N
- N" o7 q7 Z' V
导线直径d也根据表一提供的电流密度J进行计算:
0 ~ _3 s7 `. L% {0 @, S/ K% q9 q5 u0 c7 Q/ ^7 U' G1 j! l* S
(mm)/ K' @8 P6 E/ J: r6 R
5 g3 I2 [% B2 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。
" {( b8 x. `2 u, ?% ?
H! L5 A8 g5 K+ A( L% Q计算步序:
. r2 Q$ k: S) W+ ` ~" Q3 A1 u
) U( U+ D/ j4 P( C* F1.计算 =0.01x =0.255 t" L& E, A5 W& a$ I5 {' O
D6 h; s9 l$ P( W
在图3的中部区间内。
; \' Y& L1 N* C1 _: c+ n" }- s% l4 v- u: R8 a
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:- l6 l6 F- }0 C6 i# s
1 [# t; s: `5 ]+ L* U- N, q4 ?
' a o4 ^9 ?# p. U3 R, t
9 {+ E( ~- E4 V4 f. L2 h% y" d然后在图3的纵座标上，找到23× ，并找到对应的H值为40。
0 u) W5 H, z' p9 v3 P0 C# J) t: \
9 Z" T+ n0 z: H+ s
/ A- t# H _; X+ \( O S3.计算线圈匝数/ h [: G8 q0 i% j. f5 v8 F
5 I/ v& K# A! v5 X
因为H= =40
3 E3 N; |: p7 t q+ G8 J
( l/ ]3 r" L3 W. ]所以N= =125圈3 J4 T' `1 T) h# k" c
% F5 j4 }9 M) v, n4.计算导线直径d
8 R4 v+ c. r' V8 X6 D, B' q2 m& R: Y
=1.35 mm% h; n. {& |/ f% Q& d/ d
5 M! p/ F* u& u, y
按线规表选择 QE-1.32 漆包线。& e+ A' _( Y2 N1 T' b+ W. f' `- a
+ m+ y# O) @, m0 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。# a" X8 R; G! y3 l0 X t/ V0 j% l
! R2 h) R- B- N e9 L6.平均匝长lo
9 J, Y0 k2 I7 U% _, L$ O; T. A1 f7 ^, H
lo=2×(29+31)+10π=151 mm
2 o8 O/ j1 H- t- c3 D; ~7 e6 k; U1 L; e3 x4 c0 g: R# k
7.导线总长L* R7 o$ L: O, v7 H* K
0 h) l3 ?0 v# S7 P% F
L=Nlo=125×0.151=18.9m
" k& {) c+ ], X8 D: M4 Z$ ^ J; a0 W+ ?) T- V, s
8.直流电阻R20℃9 ~9 J1 ~* d$ p1 U* G
l* D$ |. e+ H: e) o( p: ]
" Z( m# G+ z% ~: x' p
! |1 U7 U* {6 N: K# P' m( k3 i' o5 E0 e( ?
9.电压降Ur7 a) p% M' L3 H0 b0 s; Q
0 i1 ^2 p# ^1 E8 Q. w, I
Ur=I =5×0.242=1.21V
3 j/ c9 J- h* D; m2 Q- S
" G% D# C" E' r/ H: ^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。
0 h n% ]* w' k9 x* p2 ]3 r0 c) L, N8 l
10.空气隙lg
7 n6 O5 \3 |+ }- V |7 G7 g, C
$ v: t# [$ x& u& `9 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) i* I8 m J% ?+ P
, F" O( L: _) G9 G; t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。
5 ~" [2 J2 x) T" h
' H1 w. i1 {3 r; s$ P
' x, c3 W) Q E
8 u' E4 s, O2 x6 @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。 |
|
/1 
发表于 2008-8-25 21:54
QQ好友和群
QQ空间
腾讯微博
腾讯朋友
微信
收藏
支持！
反对！
楼主
