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滤波扼流圈设计方法1 t& V- x0 i8 i5 I1 y7 x
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。4 _$ Q% l6 F. C
1 _8 p: B6 r# q6 _: y - Z% }; r8 M! ~- T
2 G* S8 r4 G- K. p+ j; Z
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: O, ?- H f% g3 I9 ~
, E# _7 L, x5 k2 l3 G (Ω)
' v; s: o; c" F& p! A0 `, }- I9 O9 k( 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:: F: P6 b( j! Q* L4 ~& D- |
: Q4 y2 |2 e! R (亨)
$ q0 |. o& Z6 A. v; Q$ T: M# x
- g! K: z" H9 v: j( j: i当电源频率f=50Hz时，则
6 I& y8 j, d: t% `, I! w% `, G7 c$ z
(亨)
2 G# J9 I; Q; f! `( M3 S) x$ w
; c+ C$ d/ z2 ~" x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:4 G4 F% V7 B& q) p- z: N
* L4 F7 A g+ M- I1 g% B! v
) G' l& I9 J `. z
8 o. b, ?# q6 A0 D* ]即电感量为5毫亨，直流电流为5A。
5 m# N/ F$ Z# V
8 T8 G& [' a- e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。
( t( U5 B; r6 v, j6 V
$ T5 y0 }: m- ^& S' 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。' i# ?* q# L8 ]& v. R; Z
; x" F+ j, A3 e; n
7 x8 K( j; O0 E9 H; ^+ L8 j. Z5 i7 l& H2 h
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。, R. U- L" Y+ C. z
* `8 a# s# z- Z, I/ Q! }- J
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。' n5 U' K7 ^# B( f6 e" h
7 b! C6 O e$ g+ v2 k Z
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。
( w1 y* \: j' M* {3 ~1 R/ |! A$ D, b
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:; \7 I, y. ?5 b! v) u4 @
' l0 S* F0 s G3 M
(匝)
* V2 p2 r7 Z- p4 a: r7 @/ ^2 O, r2 ?5 h. M: R& T u" ~
导线直径d也根据表一提供的电流密度J进行计算:2 P; q5 m: F/ H8 K4 y
( D/ d; L% Z7 }* P7 H) c5 L1 O: w (mm)
j8 T: v" ~" w, s) V! e
6 I0 v9 `5 W) j# F; h3 q; {$ Y$ j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。
- _& T- x$ N+ t5 D) H# N( L4 Q
计算步序:
6 T6 ~2 A0 }4 Y3 x% \) m! ?0 m7 E5 ^4 W1 N i$ f) R( ~
1.计算 =0.01x =0.25
) O2 W& q9 T6 Y/ I/ K- g& o" y2 y E' I, _' b8 W
在图3的中部区间内。2 u4 r @0 y# h
G# y5 U; V4 j% C
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:
" r( {7 b" q# M" V% J1 t3 W2 S# P' J. w
# @: N3 V# C: k0 p( b. C
: t# l" I9 a8 R- P0 H然后在图3的纵座标上，找到23× ，并找到对应的H值为40。) q4 b. @" m+ E) r( j* c* D
" [: L9 L) o0 O
: p3 `( R8 E6 d+ d& d5 f* X# q$ @% Q9 }
3.计算线圈匝数
2 @* v: I/ [! F* f
" ]3 U) o5 F/ r0 f8 A) Q2 w$ Z因为H= =401 w/ ?# v' ?% d0 Z6 X
- u4 `0 G6 f% L e+ K/ @5 v所以N= =125圈
; U- f5 a. d" g% V6 x/ t6 P9 |# G' r% k
4.计算导线直径d
6 |; e. Z7 Q* j* Z( I2 o4 o' @3 E$ g, n# H- B% `
=1.35 mm5 f9 u' K9 p+ B# v7 X ^. E/ w
* T- ]( A4 D( A0 Y u# D9 z按线规表选择 QE-1.32 漆包线。
- l" A& N# s2 X; o* N& m9 G8 L# U- q* I! C& `
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。
- e q* s. o) @. [ E
2 j; p4 M/ p. T, c6.平均匝长lo
! Z% u) U0 y! h5 @
6 C3 D- X& I8 D! |' R* `' zlo=2×(29+31)+10π=151 mm
& [ u. |( F3 \/ O; R' ]) K+ q0 `% n1 H; P6 B% O9 K, h' ?
7.导线总长L
, y" q% v& v; s: V$ P$ l9 ^* B+ P4 U% C4 S: r, k8 G3 e/ V4 a
L=Nlo=125×0.151=18.9m
# s% H* q# i1 g" {. }5 U
& ^, U' [ M1 [8 `: b5 }8 @8 C$ o; a8.直流电阻R20℃
$ c1 E7 j, m; U6 a4 ] Y" ^4 h
3 D3 r( Q$ H2 H. u( {
- {* p, J# Z( A6 A0 }
' K7 g; R1 E0 y4 a4 u/ w# C* _9.电压降Ur8 b M* `* G3 j* o1 X8 e+ e
4 z/ ?" u5 q2 W+ {6 jUr=I =5×0.242=1.21V
/ X) s$ v( H% R$ K2 A% z+ f, }1 P) B* S: V: n
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。
8 S5 t) X* h$ |0 W j6 j8 Y% U5 M- Y
10.空气隙lg3 M# w! g0 I9 A2 Y
4 z& q. J1 b! @# ^+ n: s; {; X
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= =0.35mm0 I; b- i. a- q# S0 ^/ i
, L/ o8 Q( g! 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。7 J7 r" b+ w8 Z. D1 M0 \
$ d0 S* w4 X. L
4 d6 \% C0 p9 S/ H& a3 Q6 m: s
} r/ y6 C1 h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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