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1、整流滤波电感的磁芯选择及设计1刖言常见的滤波电感主要有：共模滤波电感、差模滤波电感和整流滤波电感。前两种电感主要用于各种 线路滤波器，工作在交流条件。而后一种亦有称为平滑扼流圈的，用来滤除整流后的交流纹波，使整流后 的直流部分更加平稳。由于它工作在直流条件，不得不考虑直流磁化对电感的影响。以往的电子设备，例如使用电子管的电子设备，整流输出多为高电压小电流，当今采用晶体管和集 成电路的电子设备，则多为低电压大电流。由于直流磁化力同电流大小成正比，更须注意直流磁化对电感 的影响。这就要求滤波电感必须适应于大电流条件。因此，选择什么样的材料作磁芯。如何设计好滤波线 圈，减少直流磁化的影响，防止磁芯饱
2、和，不能不成为一个值得引起重视的问题。2关于恒磁导或恒电感特性整流滤波电感工作在大直流电流条件，工作电流变化，引起电感值的变化越小越好。就是说要求磁 芯的直流磁化影响较小，即具有某种恒磁导特性。由于直流磁化的影响，电感趋于饱和，电感量会随着工 作电流增加而减小。根据大家的共识，所谓恒磁导特性，亦可称为恒电感特性，是指电感在一定的直流磁 化力范围内其电感量不低于初始电感量的一半。掌握了这个特性，我们可以通过挑选不同的磁芯，不同的 规格，以达到不同的百分比的要求。3.磁芯材料的选择制作滤波电感，选用何种磁芯材料，除了必须注意防止磁芯饱和问题外，还必须考虑到磁芯的恒磁 导特性。需要指出，有些设计人员
3、往往只注意电感量的指标以致选择磁导率高的材料，以减少线圈的匝数。 对于电感达到额定较大电流时，电感量是否减少，减少到什么程度，会不会达到饱和，考虑较小。这是应 该注意避免的。600)this.style.width=600px; border=0600)this.style.width=600px; border=0表一列出一些磁芯材料的恒磁导特性的比较，供选择时参考。表中所说的恒磁导范围，是指在这个 直流磁化力范围内，磁导率不会低于50%。减少直流磁化力相应提高磁导率的百分比。表二为磁导率75 的铁粉芯，在不同直流磁化力时的磁导率的百分数。4有关的磁学公式和知识为了更好地进行电感设计，满足恒
4、磁导要求，需要熟练掌握一些磁学公式，并了解一些必要的磁学 知识。上面提到的直流磁化力可以通(1)进行计算：H=0.4nNI/l Oe (1)或 H=NI/I A/cm (1)这里N为线圈匝数：I为电流，单位为安培(A)； l为磁芯的平均磁路长度，单位为厘米(cm)。将上述公式进行一下变换，则有：H/NI=0.4n/I 或 H/NI=I/I对于一个环形磁芯(滤波电感不少是采用环形磁芯的)。由于1= (D+d)/2 xn cm,其中D为外径，d为内径，单位厘米(cm)。因此，H/NI又可由以下方法求得。即H/NI=0.8/(D+d)或 H/NI=l/(D+d)0.5n对于任何一个规格的环形磁芯，都
5、可得到一个H/NI值，将此值乘以安匝数，就是直流磁化力。即：H=(H/NI)xNI Oe 或 A/cm由此可以看出，H/NI同I或D+d成反比。尺寸大的磁芯H/NI值就小，当安匝数一定时，选用大尺寸 的磁芯，H值就小，恒磁导特性就好。亦可以说，在H值确定的条件下，大尺寸的磁芯就有较大的安匝数。以下再列出几个公式，不作任何解释L=N2AL(nH/N2 )nH (2)N= L(nH)/AI(nH/N2) 1/2T(3)AL=L(nH)/N2 nH/N2 (4)W(能量)=1/2lI2J 或 WS(瓦秒)(5)此公式L单位为H,l单位为Ao当L单位为pH时，则W为pJ，或pWS将公式(2)代入(6)
6、，又可得一关系为：600)this.style.width=600px; border=0此式中，如AL取nH/N2值，则为nJ。为使得出的结果为pJ,则公式可变成：600)this.style.width=600px; border=05.设计方法与步骤600)this.style.width=600px; border=0熟悉了上述公式，尚需有磁芯生产单位提供的直流迭加特性曲线，就可以进行设计了。图1美国微 金属公司提供的曲线，供设计参考，实际操作时，亦可根据表二提供的数据进行设计计算。由于铁粉芯具有饱和磁通密度高，恒磁导特性好，价格便宜，应用广泛。因此，本文的设计方法与 步骤，均以铁粉芯
7、为准。其它材料只要改变特性参数，其它无多大差别。设计依据:电感量为100pH,额定电流为3A，在额定电流时，电感值不得小于75pHo即要求恒磁导特 性为75%。介绍三种方法：600)this.style.width=600px; border=0方法一：利用恒磁导特性曲线及系列产品特性表(表三)进行设计。第一步：查图1或表二，可知75%po时，H为25Oe。第二步：由表三中的磁芯的H/NI值，计算出安匝数，即：H=H/NlxNI变换为NI=H/H/NI试选T9026，该磁芯的H/NI值为0.2168。NI=25/0.2168=1153，取115再由安匝数求匝数N=NI/l=115/3=38.3
8、,取 38计算电感量，该磁芯的 AL 值为 600）this.style.width=600px; border=0600）this.style.width=600px; border=0由于，此电感量接近所需值，故即可以38为所需匝数。如果，相差较多，则要进行第三步，计算实 际匝数。第三步：由公式（3）计算匝数。第四步：计算直流磁化力。NI=Nxl=38x3=114H=H/NlxNI=0.2168x114=24.7 Oe第五步：核对po，由图1或表二可知24.7Oe,%po75%，符合要求。方法二：由储能系推算。第一步：计算储能系数，按公式（6）：600)this.style.width=6
9、00px; border=0第二步:由 W 推算出安匝数。变换公式(6)可得600)this.style.width=600px; border=0试选T9026，该磁芯的AL值为70。600)this.style.width=600px; border=0,取 113。由安匝数计算N。N=NI/I=113/3=37.7,取 38。计算电感量，600)this.style.width=600px; border=0以下步骤同方法一，不再列出。上述两种方法，都要进行试选。如果试选不行，视情况找大或小一种的规格试选，直到满足要求为止。方法三：利用生产单位提供的两种曲线，查出所需磁芯。设计依据：电感
10、量为100pH,额定电流为4A,在额定电流时，电感量不低于75pH。第一步：计算储能系数。这里计算时，要求电感量采用额定电流时值即75pHo600)this.style.width=600px; border=0600)this.style.width=600px; border=0第二步：图2, 600pJ与75%相交处为T106o600)this.style.width=600px; border=0再查图3, 600pJ与T106相交之点安匝数约为130o计算安匝数及电感量。N=NI/l=130/4=32.5，取 33600)this.style.width=600px; border=
11、0此电感量为非额定电流时的值。以后步骤同前。本篇文后列出四种常用规格的铁粉芯在几种po条件下，不同电流时最大电 感量。在设计时，通对查对表格，即可确定选用何种磁芯(铁粉芯的规格)。综合上述四种表格，又列出一个表格，指出不同额定电流，不同po时，不大于某个电感量 时，可以选用的磁芯规格。最后，需要指出的是，方法一、二计算出来的安匝数，有时会很大，实际上可能绕不下。因此, 还要根据下列公式验算一下。600)this.style.width=600px; border=0NI=KWaJ (7)式中K为窗口利用系数，取0.4oWa 为磁芯窗口面积，单位为 600)this.style.width=600px; border=0oJ 为电流密度，单位为 A/600)this.style.width=600px; border=0。一般可取 2-4A/600)this.style.width=600px; border=0。电流密度大了，可绕较多匝数，但铜耗增大，线圈 温升高。表三后部列有不同电流密度时磁芯可绕安匝数作为参考。续表四600)this.style.width=600px; border=0表五 不同额定电流所需电感量选用何种芯 2A/600)this.style.width=600px; border=0600)this.style.width=600px; border=0
