|
|
滤波扼流圈设计方法
9 b/ u1 g2 {7 k; w5 q' @4 h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。! x$ ?( K0 c# i" g
* P& C7 c4 r: d: o6 Q
' |% M: u: ~7 ^0 ^4 y& m2 Q9 _. G; ]& J P! k
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:
# h6 e; }% w+ K+ f) @$ }1 t a4 ?* |$ {8 {) a3 j
(Ω)
* L- y5 r5 I/ o) A, C( r
+ a6 q* ?4 J3 [! t- z! B- U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:$ D7 d" X) O$ o* h) w& t$ m
G# Y0 W) O. F: ~
(亨): ^0 i* @/ y4 [. v' S
# [" N& E+ ~3 l+ L! H& \当电源频率f=50Hz时，则% f- G; ?5 s8 T7 M5 E
5 `. Z* z0 O& a7 `9 N0 f
(亨)
; U8 {0 T& h, W: m: `# o/ Y1 L0 H, n( A
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:
: T4 B) B, a% t- `
. d' B7 b, h9 n l+ y5 `3 Q3 A; J
% [; e+ t0 E0 o即电感量为5毫亨，直流电流为5A。
2 E, r0 `8 T! U) E# X
& d9 I6 q( ~4 p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。* r% K9 d1 r' w2 K% g( J& D+ N
% z# t* z3 U9 X9 \% j) A; y* J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。' L% @# ^1 T% j4 J1 T4 s. u8 C/ _- y
6 q$ I3 ~7 d |& {: v& B/ X 8 q! D4 |6 a d* y! F: a# X
: P) z' v( Y4 Z* t
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。; f3 d) x& E/ D9 L
' w+ Y% d: P7 V& D: d- `/ ?
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。# T W0 h" m: v, `! b7 `, }
8 W' q- {# G8 h$ s+ R' j
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。
b+ a3 y+ v7 H
+ ?4 P1 h0 W1 L7 I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:
+ L: s9 _& E1 @6 F4 Y5 k! m
# L* ^9 m& {- A9 v* V+ n5 d7 z/ g (匝)! r4 o1 q. Y3 ] f; N( n6 h
- S" q; y( i6 w2 d: a" H; v
导线直径d也根据表一提供的电流密度J进行计算:
c0 J& ^! `: P$ j9 b* P" ~% j6 h y9 Z
(mm)' I5 ]" X# y7 z- {# w
. I* ]5 W0 I+ P2 A" c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。) a e) t4 w9 Z3 S/ h
( o- _: A- f3 `8 H* V- O3 H' D计算步序:
B' A3 _" g+ c2 c* R" B0 e" k4 r' X# `% {
1.计算 =0.01x =0.25- o" d. v2 W# v M- @
- C+ x4 Y) n+ r: ]/ q在图3的中部区间内。8 x2 j. l# |" \
! t" b+ r p4 r+ b: 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:
3 Z8 P- U: e/ S, O4 {9 J' b2 v; Y a5 u7 ~% O1 e8 j( h2 K8 _4 B( X
2 o- }7 a1 ~& L7 ]7 u% n
5 [3 i+ a& {6 f3 z
然后在图3的纵座标上，找到23× ，并找到对应的H值为40。# s& G- K3 m* ?8 w0 ]! I
8 V |% [0 q& S1 f1 ~3 k
6 p$ B6 G2 J( d2 A9 e
# I+ t& O% ^. i G* y$ k( I- C3.计算线圈匝数
! f2 @4 w0 H/ F. W2 c1 `6 t$ c0 ^# _5 d6 R, b' @$ u
因为H= =40/ z5 y" M; A* }
5 S" o6 j; _) ]* l9 `3 x
所以N= =125圈9 O* n; B e# }" T7 ]7 j
# y3 F6 J, ]' v' k2 R0 N
4.计算导线直径d
7 K) X/ o' h" t9 b3 }9 Q% j) M, [8 |$ s. k% ?2 Q# `
=1.35 mm
, [* J6 y6 _8 k. _( ~; F; z! B( }" ]3 P5 }* M
按线规表选择 QE-1.32 漆包线。
, }3 T8 n1 ? q: ^3 a! A
# i) V$ |. k* W8 i% f& H5 y7 l5.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。6 H# m7 X$ E- y& C
+ v2 u3 X3 W# l! u6 R6.平均匝长lo' V: r c- w _3 H% T/ g! ^7 \
4 A) v, K6 |9 G* f7 g
lo=2×(29+31)+10π=151 mm, u; A2 x9 _% l! p8 d: N; O
1 U- ^$ w6 W/ r' _1 x! W6 [7.导线总长L
6 I6 y; Y0 r# G. d( t M( i4 h* Z: p2 [
L=Nlo=125×0.151=18.9m# T3 l+ [5 D7 p0 Q" }# B
0 v& C- A" c+ e5 m/ p2 i
8.直流电阻R20℃# v5 @: J5 j$ @& ?) t4 M8 O
, p$ v" i' W3 Q
" r4 r3 y- K* B# T8 W' F+ G- V+ Y$ p( _$ {/ I, N3 M% H: e$ d- E
9.电压降Ur. T; j0 ^' y( D
5 }! v% n2 D& U; i. LUr=I =5×0.242=1.21V8 J+ y# j \4 ?9 B7 x+ }
9 ^! }# ~. e- t1 G! p
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。% q" f/ x, x* t5 m. w
9 W/ X+ c) \& o) f10.空气隙lg
$ `* o: [. J5 X/ ~( }" O% x1 f
$ j X; {( ~9 M0 @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 Y, K6 T& a) J6 @2 q5 Y. ^$ A3 B
5 v0 O) `6 b% l7 d0 i, S
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。
; ^- e/ `1 D" I9 z3 W* O7 Q+ `2 j5 R) X3 G( N/ r- m0 u) Y+ e
0 v* g" q; K+ w; B0 k1 j/ u
- C# J* a- |1 V; X3 ^, q
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
