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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
- w. d) {! W! |# C5 g# m0 b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。
/ L* j0 w9 n2 `1 t+ R  T6 V0 e$ D3 D

7 a; o( v4 R: S+ _( a8 _) I$ i" X5 p, J1 v
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:  q0 t9 W" G! h0 H( m, J
! B4 h$ C3 |/ z% ?1 y2 X
(Ω)" m/ f- l7 y5 B: v
; r9 r2 P1 [+ f: e3 ~
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:
# t6 r( K# }. ]$ X  ?8 ^/ ~3 \
# O6 Q8 P6 _. u* \) w( p4 E (亨)' W5 ], T! ^: q2 [
* M3 w2 d5 ~0 c  ~
当电源频率f=50Hz时，则% X1 R6 c: \# ^5 O8 L
  u! W/ o$ O& B7 M$ J* b+ \
(亨)
9 V8 w# W2 g* H( Z* N7 u$ n3 q. v/ `+ u7 h* ~- 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:
" i+ |: C& Y) Q: U' i+ L# U$ G% r4 Y$ h- D' j* ]

' C. A7 m% b( x: [' @) _& x3 N# j
即电感量为5毫亨，直流电流为5A。; w+ V. i' Z" O
- x1 ]: {8 H, Z5 n+ n
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。
/ ~! A" X7 T; B% o5 M' m
6 A3 K- X# t5 Z3 R: S& o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。& @+ H+ O* d& z& w/ x$ t9 S
7 ?5 C* I1 g' k. e" m$ _
" ]& C7 a* y/ o
1 T" J* M% u# q/ @1 G( o$ W
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。
% f, H( x, ]8 d
  _7 u9 B/ V2 x  |! x7 V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。+ {& }6 y+ A# M, L* Y
8 ^( l7 h+ [! R, z. X: a1 `* |
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。; r5 m7 j6 F: J

6 k1 {/ N- _, k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:
/ o) t* K1 F5 x+ a3 \" u0 H2 H! R( \: g5 z8 l9 D. Y1 B$ l9 Y
(匝)9 y+ L6 F4 p  ^  l- `
6 C3 X! ]0 _0 e* V8 J" u
导线直径d也根据表一提供的电流密度J进行计算:7 A( M+ v8 ^. T! z
; l/ \5 a6 w* K- R" O
(mm); k/ g2 l" F, b

, Z) J6 A$ T4 e4 e9 f/ X- G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 k. N8 g6 F
: L3 n# o1 Z7 `. V; N8 o计算步序:
4 C! Q- r' _5 k9 L1 {$ a" G% G# i% y1 p  P+ x! Q
1.计算   =0.01x =0.255 i" F7 @6 p, ?* u* c' M/ U; G
, `3 V4 M3 Z* b; f  N
在图3的中部区间内。
. E0 r2 A, K, p1 H& @8 ~7 J: Z! `0 W. b3 b" @
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:8 b5 l# C/ v1 D( ?& L; y

6 c" y# R3 @  b6 ~& A3 f 0 q1 [8 n! U8 n5 @& O- s
9 q' s  m, w$ k& \3 k+ p. |8 F
然后在图3的纵座标上，找到23× ，并找到对应的H值为40。
' Y- ]9 @' s" x  O
* N& Q+ t: _7 G( ?  m
: N+ U6 ~& h9 W% T" N, M0 v; X& D6 K# i
3.计算线圈匝数
" n/ B+ Y0 y8 \6 i% R+ {9 U
8 I8 D' c2 q1 u. p& P$ r) b, q因为H= =40
% |) I4 X. H7 Y1 e) e( W" p$ Q8 i( Z4 k! t
所以N= =125圈
# i& D& }  y( g% h6 L( D; `- ?4 I9 l' C3 l5 u& N
4.计算导线直径d) O" o* s# I- {$ p; P
  z1 W. ?6 d% B! z% m; D, j; u. k
=1.35 mm1 w+ h0 _$ r% e% R: n9 `
0 N1 S9 D7 Z, v5 a
按线规表选择 QE-1.32 漆包线。0 ~# G) g- F5 I; H+ h3 g
) u% J6 w( k# r6 F. r# Z# n
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。' C8 t4 r4 e/ B1 Q

4 D3 Z' `5 v% g9 I8 c1 {6.平均匝长lo
1 Q3 p& R# F& r* I* v2 ^4 C" V) Q! O; G' V
lo=2×(29+31)+10π=151 mm
4 t+ p9 B- ~( [+ n1 \* F0 ~( w# p
7.导线总长L! `3 z1 @* W. R7 Z. H: ?& B1 g
0 w* @  Q) ^1 Y- v5 |
L=Nlo=125×0.151=18.9m9 Y. e: T' T5 W/ D* I
- l( P) s* U' N0 _, j
8.直流电阻R20℃9 N: s. u! x: K

9 e/ q( C8 n0 p% m 0 U4 K1 [$ L4 S+ |5 U

! c5 y/ Q8 X) M. ~$ v9.电压降Ur' [4 s1 m, C" a& j8 K2 ?  D8 I! ]
+ A) C/ R8 z+ R' @4 a
Ur=I =5×0.242=1.21V
7 R7 I' x0 l5 r% b7 H8 C
% v! {9 |- ]9 G( y& d5 ^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。9 Y/ J" J' R4 v  K7 f. ?) a% O: G+ z
0 w8 W4 G2 t1 C# O: T# n
10.空气隙lg% O( x; }8 z! C2 |! W. A
2 J2 @+ e) N7 [9 }, d3 y
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= =0.35mm5 h! c5 k6 w( ^' h* k! d8 n9 k
. K6 Q1 L) P4 D- Q! H6 F
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。
  s1 q, W' G! Z2 Y  o5 ?  W6 d) V- f
0 ]& q2 s3 w  }$ _) h

. I3 N# c9 t2 v( K) H7 C% N, i7 @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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