電子鎮(zhèn)流器扼流圈電感計算

1、扼流圈電感計算目前很多工程技術(shù)人員對扼流電感的設(shè)計都是用經(jīng)驗(yàn)來設(shè)計，很少有人用更為系統(tǒng)的計算來設(shè)計，對于一個指定功率的產(chǎn)品，到底要用多大的磁芯，氣隙開多大，線徑用多大，都是用長期的經(jīng)驗(yàn)來估計，到底在實(shí)驗(yàn)工作中會不會出現(xiàn)高溫飽和，心中沒有底，有的時候估計準(zhǔn)了，有的時候估計偏了，更有的時候因?yàn)榕鲁霈F(xiàn)問題用料很猛，為了使我們的電感在設(shè)計的時候做到心中有數(shù)，我們必須從本質(zhì)上吃透電感的設(shè)計參數(shù)，以及這些參數(shù)之間的相互影響。本人為了找到更有效更能理解的設(shè)計方法，也看了很多相關(guān)方面的書籍，綜合了這些內(nèi)容我認(rèn)為我對電感的設(shè)計做到了心中有數(shù)，沒有去盲目的單靠經(jīng)驗(yàn)的估算，相關(guān)的計算都是高中學(xué)過的知識，相信都能看得

2、懂，有不合理的地方大家相互交流！有些知識都是中其他技術(shù)文獻(xiàn)中套用過來。為便于展開討論，本文從基礎(chǔ)知識講起，首先介紹在電子鎮(zhèn)流器中常用的錳鋅鐵氧體磁性材料的一般特性和磁路的基本計算公式，然后，在此基礎(chǔ)上，再討論電感線圈計算中有關(guān)問題，包括磁芯尺寸、氣隙大小、磁芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁芯損耗以及線圈的圈數(shù)和線徑的計算等。磁芯的電感因數(shù)電感因數(shù)是指磁芯的單匝電感量。一個裝有磁心的電感，繞有N匝線圈，其電感值為L，則磁芯的單匝電感量即電感因數(shù)AL，可按下式求得：AL= L/N2 或 L=N2AL （6）廠家在其產(chǎn)品手冊會給出未磨氣隙的每種規(guī)格磁芯的AL值以及有效磁路長度、有效截面積、有效體積等，例如PC3

3、0材料EEI3的AL值為1000nH；EE16A的AL值為1100nH；EE25A的AL值為1900nH。由于磁性材料參數(shù)的零散性，這個數(shù)值并不很準(zhǔn)確，有+/-（1525）%的誤差。我們使用時，一般都磨氣隙，由于有氣隙存在，AL值雖然變小了，但是電感因子卻相對穩(wěn)定了，零散性也小了。為求得磨氣隙后磁芯的AL值，我們可以在相應(yīng)骨架上先繞100匝，裝上磁心，測得其電感值L，根據(jù)式（6），即可算出開氣隙后磁心的AL值。例如EE25A中心磨氣隙1.6mm.后，其AL值降為59.6 nH。 已知某種型號磁芯的AL值，要求繞制的磁芯線圈的電感量為L，可求得所需繞的線圈的匝數(shù)N（7）所以，已知磁芯的AL值，對

4、于確定電感所應(yīng)繞的匝數(shù)是很有用的。飽和磁通密度飽和磁通密度是一個很重要的參數(shù)，對鎮(zhèn)流器是否能可靠地工作關(guān)系很大。如所熟知，當(dāng)電流（或磁場）增加到某一數(shù)值后，磁芯就會飽和，磁通密度不再增加，如圖2的曲線所表示的那樣。此時，磁導(dǎo)率很低，該磁通密度稱為飽和磁通密度，以Bs表示之。Bs不是固定的，隨溫度的升高而下降，在80100°C下，比室溫下低得很多。由圖2可以查出，在節(jié)能燈中常用的PC30、PC40材料在25時，Bs=510mT，而在100時，Bs只有390 mT，下降了20%多。應(yīng)該指出的是，磁芯工作時允許的磁感應(yīng)強(qiáng)度要比上述的390 mT低得多，一方面因?yàn)樵?00時接近300 mT附

5、近磁芯的磁導(dǎo)率已開始降低，另一方面，如工作時磁芯的磁感應(yīng)強(qiáng)度較大，則磁芯損耗亦較大（見圖4）。所以在工程計算中均取B為200230mT作為磁芯工作時允許的最大磁感應(yīng)強(qiáng)度值，遠(yuǎn)離磁飽和。圖2 飽和磁通密度隨溫度變化曲線在一體化節(jié)能燈或電子鎮(zhèn)流器中所用磁性材料，如果由于工作溫度升高，則其磁芯的Bs值下降，造成磁導(dǎo)率及電感量減少，流過電感的電流上升，在電流的峰值附近出現(xiàn)很大的尖峰，這種情形是很危險的，它會導(dǎo)致電感量進(jìn)一步減少及電流進(jìn)一步加大，最終使電感失磁，L=0，三極管因電流過大、管子結(jié)溫過高而損壞。磁性材料的功率損耗磁性材料的功率損耗是一個很重要的參數(shù)，它反映磁芯工作時發(fā)熱的程度，損耗大，發(fā)熱就

6、厲害。帶有磁芯的線圈，其功率損耗包括線圈電阻的功率損耗（俗稱銅耗）和磁芯材料的功率損耗（俗稱鐵耗）。磁芯材料的功率損耗包括磁滯損耗、渦流損耗和剩余損耗三部分。大家知道，磁芯中磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化滯后于磁場強(qiáng)度H的變化，并呈現(xiàn)出封閉的磁滯回線形狀，磁滯損耗的大小與磁滯回線所包圍的面積呈正比。也與頻率成正比。渦流損耗則是由于交變磁通穿過磁芯截面時，在與磁力線相垂直的截面內(nèi)環(huán)繞交變磁通會產(chǎn)生渦流，渦流亦產(chǎn)生功率損耗。它與磁通變化的頻率，磁性材料的電阻大小有關(guān)。一般磁芯材料的電阻愈大、工作頻率愈低，渦流損耗愈?。环粗嗳?。上述損耗與頻率及其工作時的磁感應(yīng)強(qiáng)度有關(guān)，工作頻率愈高、磁感應(yīng)強(qiáng)度愈大，則其損耗亦

7、愈大。磁感應(yīng)強(qiáng)度的計算公式根據(jù)為我們高中時學(xué)的電磁感應(yīng)知識可知，如線圈的圈數(shù)為N，電感為L，流過線圈的電流為i，則線圈兩端的電壓u有： u=Ldi/dt=Nd/dt, 或?qū)懽鳎?u= Li/t=N/t， 從而得 Li=N, 如電流是交變的正弦波，則可按符號法分析,電流和磁通以有效值表示，則有： N=LI, （9） 又知電感量 L與圈數(shù)N的關(guān)系為： L= AL×N2 代入式（9），求出磁心中的磁通為： =LI/N=N2×AL×I/N=N×AL×I 考慮=B×Ae，由此可得，磁心中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B與流過線圈的電流I和線圈圈數(shù)N之間的關(guān)系為：

8、 B=/Ae=N×AL×I/Ae （10） 上式中，B的單位為T（特斯拉）、I的單位為安、Ae的單位為m2、AL的單位為亨/匝2。 式（10）是一個很有用的公式，根據(jù)它，可以對已繞制的電感線圈計算磁芯的磁感應(yīng)強(qiáng)度，以判斷磁芯會不會飽和,工作是否可靠。磁芯氣隙對磁感應(yīng)強(qiáng)度的影響磁芯氣隙對磁感應(yīng)強(qiáng)度的影響是一個很重要的問題，如何選擇氣隙，至關(guān)重要，我們不妨通過一個具體例子來作進(jìn)一步的說明。例5 已知在一拖二36W電子鎮(zhèn)流器中，要求的電感量為2.1mH，根據(jù)在工作臺上測試，流過此電感的電流（有效值）為0.3A，試選用磁芯，并計算磁心的有效磁導(dǎo)率、磁芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B，如果不加氣隙

9、，有沒有飽和的問題？如果磨氣隙1.6mm，情況怎樣？解：首先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)以及電子鎮(zhèn)流器的功率大小，我們初步選用EE25 磁芯，由廠家的數(shù)據(jù)表查出：它的有效截面積Ae為39.6mm2，電感因子AL=1900nH，有效磁路長度為49.5mm。（1）如果不加氣隙，根據(jù)其廠家提供的電感因子AL數(shù)據(jù)，要繞制2.1mH的電感，其圈數(shù)為：N=（2.1×10-3/1900×10-9）1/2=33圈，（2）磁感應(yīng)強(qiáng)度根據(jù)電感量、圈數(shù)、及流過線圈的電流，按式（10）求得：B=N×AL×I/Ae =35×1900×10-9×0.3/39.6×

10、;10-6=0.503T=503mT這樣大的磁感應(yīng)強(qiáng)度，即便在室溫下磁芯肯定要飽和。如果再考慮到磁性材料參數(shù)的不一致性，有+30%的誤差，以及燈電流波峰系數(shù)（一般限制為1.7以下，有時可能更大），則在電流最大的峰值(1.7×0.3=0.51A)附近，磁感應(yīng)強(qiáng)度最大值將達(dá)到BM=1.7×503mT=855mT，再加上AL值+30%的誤差，磁心的磁感應(yīng)強(qiáng)度更是大得不得了，磁芯肯定飽和。 所以，不磨氣隙，或氣隙太小，電路是不可能正常工作的。（3）如果在中心磨氣隙1.6mm，其電感因子經(jīng)測試降為AL=59.6nH，電感因子降低了1900/59.6=31.9倍。為繞制2.1mH的電感

11、，其圈數(shù)變?yōu)镹=（2.1×10-3/59.6×10-9）1/2=188圈，由于電感與圈數(shù)的平方成正比，線圈圈數(shù)N只增加了188/33=5.7倍。這樣，電感因子大幅度減少，而圈數(shù)增加并不多，所以磁感應(yīng)強(qiáng)度下降了。在磨氣隙后，按式（10），磁感應(yīng)強(qiáng)度B變?yōu)椋築=N×AL×I/Ae =188×59.6×10-9×0.3/39.6×10-6=0.084T=85mT可見，磨氣隙后，磁心的磁感應(yīng)強(qiáng)度大幅度下降。氣隙越大，磁芯的磁感應(yīng)強(qiáng)度越低，電感線圈越不容易飽和、損耗越小，越可靠，但是用的漆包線變多了。在85mT的磁感應(yīng)強(qiáng)度下

12、，即便考慮電流的波峰系數(shù)=1.7，最大的磁感應(yīng)強(qiáng)度也不過144.5mT（加氣隙后，AL值是穩(wěn)定的，沒有誤差），那怕溫度上升，磁芯也肯定不會飽和。.這個例子充分說明：如果沒有氣隙，在上述電流下，由于磁場強(qiáng)度太大，磁心會飽和。所以作為鎮(zhèn)流器的扼流電感，磁心必須加足夠大的氣隙，減少其有效磁導(dǎo)率，用增加圈數(shù)的辦法來得到所希望的電感量。因?yàn)槟庀?，電感因子AL會減少很多，但電感量是與圈數(shù)N的平方成正比，圈數(shù)增加并不多，所以磁芯的磁感應(yīng)強(qiáng)度會大大下降，就不會飽和了。一般在已知線圈通過電流(有效值)的條件下，計算出來的磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)在200230mT以下為宜，不能太大。如果計算出來的值達(dá)到300mT以上，磁芯

13、不僅可能飽和，而且損耗過大，這是不能允許的。這時應(yīng)加大氣隙，或選用大一號的磁芯。一般來說，磁芯尺寸愈大，氣隙亦應(yīng)愈大。作為經(jīng)驗(yàn)值，我們推薦：EE13的中心氣隙應(yīng)0.4mm，EE16的中心氣隙應(yīng)0.6mm，EE19的中心氣隙應(yīng)0.8mm，EE25的中心氣隙應(yīng)1.31.5mm，EE28的中心氣隙應(yīng)1.51.8mm，EE30的中心氣隙應(yīng)1.82.0mm等等。為了給氣隙的選擇找到一個合理的而不是盲目的依據(jù)，建議對每種規(guī)格的磁心，磨不同的氣隙，計算它在不同的電流和電感量下的磁感應(yīng)強(qiáng)度，根據(jù)磁感應(yīng)強(qiáng)度值，來判斷氣隙大小是否合適。，在磁芯尺寸一定的條件下，電感量越大，氣隙越小，磁芯中磁感應(yīng)強(qiáng)度越大，在同樣的

14、電流下，越容易造成電感飽和。而且，磁芯中的損耗也隨磁感應(yīng)強(qiáng)度變大而增加，發(fā)熱也越來越嚴(yán)重，電路越不可靠。四線圈中電流之計算及線徑的選擇為了合理選擇漆包線的線徑，必須知道流過電感的電流。例7 某55W電子鎮(zhèn)流器，實(shí)際輸入功率為40.2W，采用單啟動電容8n2，用電感L=2.3mH，由電子鎮(zhèn)流器綜合測試儀測得的燈管電流為0.322A，燈絲電流為0.157A，導(dǎo)入陰極電流為0.361A，試計算其電感線圈的圈數(shù)和線徑。解：考慮其電流較大，這里選用EE25A磁心（25×10×6，中心磨氣隙1.5mm。用100匝的線圈去測得該磁心的電感為596H，由此可以算出其AL值為596/1002

15、=59.6nH/匝21）線圈的圈數(shù)為繞制2.3mH的電感，按公式（7），線圈的圈數(shù)N=（L/AL）1/2=（2.3×106/59.6)1/2=196匝2）線圈的線徑表1 為漆包線的標(biāo)稱直徑、銅心截面積以及其載流量等。一般導(dǎo)線的電流密度按2.5A4A來選取，由表1知，為通過0.361A的電流，導(dǎo)線的載流截面積應(yīng)為0.080.10mm2，可以選用0.31或0.33的漆包線,其載流截面積分別為0.076、0.0855mm2。計算線圈占用空間時，應(yīng)考慮漆層厚度，根據(jù)表1的最大外徑，其實(shí)際占用面積分別為0.108、0.119mm2。為經(jīng)濟(jì)計,這里選用0.31的線，其實(shí)際面積為0.108mm2。

16、3）計算磁芯的最大磁感應(yīng)強(qiáng)度B按公式（10），磁芯的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=N×AL×I/Ae這里I應(yīng)按最大電流考慮，即它的有效值再乘以電流波峰系數(shù)1.7，Ae為磁芯的有效截面積，對EE25A 為39.6mm2，得磁芯的最大磁感應(yīng)強(qiáng)度：BM=196×59.6×10-9×0.322×1.7/39。6×10-6=0.161T=161mT，比一般推薦的磁感應(yīng)強(qiáng)度200230mT值低。工作時，不會有飽和問題，損耗也不會太大。根據(jù)磁感應(yīng)強(qiáng)度值可以判斷，我們選擇氣隙的大小基本上是合適的。所以根據(jù)上面的分析我們基本就明了了設(shè)計電感的方法第一步是用調(diào)試的方法確定我們需要的電感量,工作頻率（工作頻率對電感的優(yōu)化很關(guān)鍵，會影響磁芯的損耗，三極管的開關(guān)損耗,所以這些值都不一定是最終值，為了電路優(yōu)化的需要可能后面還要改的，但一點(diǎn)不會變功率是不會變的)。第二步是用測試的方法確定通過電感的電流，也就是陰極電流（這個陰極電流就是流過電感的電流只要你的功率不變那陰極電流就不會變）第三步是用估算的磁芯和氣隙來驗(yàn)算實(shí)際的磁感應(yīng)強(qiáng)度（這是最關(guān)鍵的步驟，就電感參數(shù)的優(yōu)化過程，直接關(guān)系到磁芯，線圈的損耗的溫升），這個優(yōu)化過程你只要仔細(xì)看懂我上面的分析就能理解優(yōu)化的過程。（工作中實(shí)際功率100W，我用EE28的電感比別人用EE33的溫度還低，整體損耗能控制到