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鐵粉心濾波電感器的設(shè)計

作者: 時間:2011-02-12 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/162459.htm

電感(扼流圈)的,須考慮到直流磁化的影響。鐵粉心的飽和磁通密度高,直流磁化影響較小,費用也低,是一種理想材料。介紹三種扼流圈的方法。

關(guān)鍵詞:直流磁化飽和磁通密度恒磁導(dǎo)

Abstract:Designofchoke,mustconsideringthateffectsfromDCbias.IronpowdercoreshashighRsaturationfluxdensity,lowereffectsfromDCbiasandleastexpense,itistheexcellentchoicefordesignchoke.

Keywords:DCbiasSaturationfluxdensityConstantpermeance

1引言

  常見的電感主要有:共模電感、差模濾波電感和整流濾波電感。前兩種電感主要用于各種線路濾波器,工作在交流條件。而后一種用來濾除整流后的交流紋波,使整流后的直流部分更加平直。由于它工作在直流條件,不得不考慮直流磁化對電感的影響。

以往的電子設(shè)備,例如使用電子管的電子設(shè)備,整流輸出多為高電壓小電流,當(dāng)今采用晶體管和集成電路的電子設(shè)備,則多為低電壓大電流。由于直流磁化力同電流大小成正比,更須注意直流磁化對電感的影響。這就要求濾波電感必須適應(yīng)于大電流條件。因此,選擇什么樣的材料作磁心。如何好濾波線圈,減少直流磁化的影響,防止磁芯飽和,不能不成為一個值得重視的問題。

2關(guān)于恒磁導(dǎo)或恒電感特性

整流濾波電感工作在直流大電流條件,工作電流變化,引起電感值的變化越小越好。就是說要求磁心的直流磁化影響較小,即具有某種恒磁導(dǎo)特性。由于直流磁化的影響,電感趨向于飽和,電感量會隨著工作電流增加而減小。根據(jù)大家的共識,所謂恒磁導(dǎo)特性,亦可稱為恒電感特性,是指電感在一定的直流磁化力范圍內(nèi)其電感量不低于初始電感量的一半。掌握了這個特性,我們可以通過挑選不同的磁心,不同的規(guī)格,以達(dá)到不同的百分比要求。

3磁心材料的選擇

制作濾波電感,選用何種磁心材料,除了必須注意防止磁心飽和問題外,還必須考慮到磁心的恒磁導(dǎo)特性。需要指出,有些設(shè)計人員往往只注意電感量的指標(biāo),選擇磁導(dǎo)率高的材料,以減少線圈的匝數(shù),而對于電感額定電流較大時,電感量是否減少,減少到什么程度,會不會達(dá)到飽和,考慮較小。這是應(yīng)該注意避免的。

表1列出一些磁心材料的恒磁導(dǎo)特性的比較,供選擇時參考。表中所說的恒磁導(dǎo)范圍,是指在這個直流磁化力范圍內(nèi),磁導(dǎo)率不會低于50%。減少直流磁化力相應(yīng)提高磁導(dǎo)率的百分比。表2為磁導(dǎo)率75的鐵粉心,在不同直流磁化力時的磁導(dǎo)率的百分?jǐn)?shù)。

表1一些磁心材料和恒磁導(dǎo)特性的比較

材料

鐵基非晶磁環(huán)Bs13000GS

開氣隙鐵基超微晶磁環(huán)

μe

2000

1000

500

180

80

300

180

110

恒磁導(dǎo)范圍

A/m

400

800

1600

4000

8000

2400

4000

6400

Oe

5

10

20

50

100

30

50

80

材料

鐵鎳鉬粉心磁環(huán)Bs8000GS

鐵鎳鉬粉心磁環(huán)Bs>10000GS

μe

60

125

160

300

22

35

60

75

恒磁導(dǎo)范圍

A/m

8000

4000

3200

1600

22400

20000

5600

4000

Oe

100

50

40

20

280

250

70

50

表2磁導(dǎo)率75的鐵粉心不同直流磁化力時的磁導(dǎo)率的百分?jǐn)?shù)*

 

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

00

——

100.0

99.9

99.4

98.8

98.2

97.5

96.7

95.7

94.7

10

93.7

92.6

91.4

90.3

89.1

87.9

86.6

85.4

84.1

82.8

20

81.6

80.3

79.0

77.8

76.6

75.4

74.2

73.0

71.8

70.7

30

69.6

68.5

67.4

66.4

65.4

64.4

63.4

62.4

61.5

60.6

40

59.7

58.8

58.0

57.2

56.4

55.6

54.8

54.1

53.3

52.6

50

52.0

51.3

50.6

50.0

49.4

48.8

48.2

47.6

47.0

46.5

H%*注:縱、橫數(shù)字相加代表直流磁化力H,其交點對應(yīng)磁導(dǎo)率的百分?jǐn)?shù)

4有關(guān)計算公式

表3鐵粉心(材料26)特性參數(shù)表

AL(nH/N2)So(mm2)

  為了更好地進(jìn)行電感設(shè)計,滿足恒磁要求,需要熟練掌握一些磁學(xué)公式,并了解一些必要的磁學(xué)知識。

上面提到的直流磁化力可以通過(1)進(jìn)行計算:

H=0.4πNI/lOe(1)

或H=NI/lA/cm(1′)

這里N為線圈匝數(shù);I為電流,單位為安倍(A);l為磁心的平均磁路長度,單位為厘米(cm)。將上述公式進(jìn)行一下變換,則有:

H/NI=0.4π/l或H/NI=1/l

對于一個環(huán)形磁心(濾波電感不少是采用環(huán)形磁心的),由于

l=[(D+d)/2]×πcm

其中D為外徑,d為內(nèi)徑,單位厘米(cm)。

因此,H/NI又可由以下方法求得,即

H/NI=0.8/(D+d)或H/NI=1/(D+d)0.5π

對于任何一個規(guī)格的環(huán)形磁心,都可得到一個H/NI值,將此值乘以安匝數(shù),就是直流磁化力,即:

H=(H/NI)NIOe(或A/cm)

由此可以看出,H/NI同l或(D+d)成反比。尺寸大的磁心H/NI值就小,當(dāng)安匝數(shù)一定時,選用大尺寸的磁心,H值就小,恒磁導(dǎo)特性就好。亦可以說,在H值確定的條件下,大尺寸的磁心就有較大的安匝數(shù)。

以下再列出幾個公式:

L=N2AL(nH/N2)nH(2)

N=[L(nH)/AL(nH/N2)]1/2匝(3)

AL=L(nH)/N2nH/N2(4)

W(energy)=LI2/2J或Ws(5)

此公式中L單位為H,I單位為A。

當(dāng)L單位為μH時,則W為μJ或μWs,將公式(2)代入(6),又可得一關(guān)系式:

W=LI2/2=N2ALI2/2=(NI)2AL/2(6)

此式中,如AL取nH/N2值,則為nJ。為使得出的結(jié)果為μJ,則公式可變成:

W=(NI)2AL/2000μJ(6′)

5設(shè)計方法與步驟

熟悉了上述公式,尚需有磁心生產(chǎn)單位提供的直流疊加特性曲線,就可以進(jìn)行設(shè)計了,圖1為美國微金屬公司提供的曲線,供設(shè)計參考,實際操作時,亦可根據(jù)表2提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計計算。

由于鐵粉心具有飽和磁通密度高,恒磁導(dǎo)特性好,價格便宜,而得到了廣泛應(yīng)用。因此,本文的設(shè)計方法與步驟,均以鐵粉心為準(zhǔn)。其它材料只要改變特性參數(shù),其余無多大差別。

設(shè)計依據(jù):電感量為100μH,額定電流為3A,在額定電流時,電感值不得不小于75μH。即要求恒磁導(dǎo)特性為75%。

介紹三種設(shè)計方法:

(1)方法一:利用恒磁導(dǎo)特性曲線及系列產(chǎn)品特性表(表3)進(jìn)行設(shè)計。

表3 鐵粉心(材料26)特性參數(shù)表

No

OD×ID×HT

Ae

le

Ve

AL

H/NI

So

l/N

SA

NI

不同J最大NI

-26

mm×mm×mm

cm2

cm

cm3

nH/N2

0.4π/le

cm2

cm

cm2

70%μo

3A/mm2

4A/mm2

5A/mm2

T50

12.7×7.9×4.83

0.112

3.19

0.358

33

0.3939

0.466

2.01

6.86

70

50

60

70

T50B

12.7×7.9×6.35

0.148

3.19

0.471

43.5

0.3939

0.466

2.32

7.83

70

50

60

70

T60

15.2×8.53×5.94

0.187

3.74

0.699

50

0.336

0.571

2.48

9.84

80

60

80

100

T68

17.5×9.4×4.83

0.179

4.23

0.759

43.5

0.297

0.694

2.47

11.2

90

80

110

130

T80

20.2×12.6×6.35

0.231

5.14

1.19

46

0.2445

1.247

2.80

15.5

120

150

200

250

T80B

20.2×12.6×9.53

0.347

5.14

1.78

71

0.2445

1.247

3.44

18.7

120

150

200

250

T90

22.9×14×9.53

0.395

5.78

2.28

70

0.2174

1.539

3.64

22.4

130

180

240

300

T94

23.9×14.2×7.92

0.362

5.97

2.16

60

0.2105

1.584

3.44

22.0

130

190

250

310

T106

26.9×14.5×11.1

0.659

6.49

4.28

93

0.1936

1.651

4.49

31.0

150

190

250

310

T106A

26.9×14.5×7.92

0.461

6.49

3.00

67

0.1936

1.651

3.86

26.8

150

190

250

310

T130

33×19.8×11.1

0.698

8.28

5.78

81

0.1518

3.079

4.75

42.2

190

370

490

610

T131

33×16.3×11.1

0.885

7.72

6.84

116

0.1628

2.087

5.11

42.1

170

250

330

410

T150

38.4×21.5×11.1

0.887

9.38

8.31

96

0.134

3.631

5.28

53.2

210

430

580

720

T157

39.9×24.1×14.5

1.06

10.1

10.7

100

0.1174

4.562

5.89

63.2

240

540

720

900

T184

46.7×24.1×18

1.88

11.2

21.0

169

0.1122

4.562

7.54

89.2

250

540

720

900

T200

50.8×31.8×14

1.27

13.0

16.4

92

0.0967

7.942

6.50

90.9

290

950

1270

1590

T200B

50.8×31.8×25.4

2.32

13.0

30.0

160

0.0967

7.942

8.78

120

290

950

1270

1590

 

1)查圖1或表2,可知75%μo時,H為25Oe。

2)由表3中磁心的H/NI值,計算出安匝數(shù),即:

  H=(H/NI)NI變換為NI=H/(H/NI)

試選T9026,該磁心的H/NI值為0.2168。

NI=25/0.2168=115.3,取115

再由安匝數(shù),求匝數(shù)

N=NI/I=115/3=38.3,取38

計算電感量,該磁心的AL值為70nH/N2

L=N2AL=382×0.07=101.1μH

由于,此電感量接近所需值,故即可以38為所需匝數(shù)。如果,相差較多,則按公式(3)計算實際匝數(shù)。

3)由公式(3)計算匝數(shù)。

4)計算直流磁化力。

  NI=N×I=38×3=114

H=(H/NI)×NI=0.2168×114=24.7Oe

5)核對%μo,由圖1或表2可知24.7Oe,%μo>75%,符合要求。


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