鐵粉心濾波電感器的設(shè)計 DesignofChokeUsingIronPowderCores 石家莊

1、鐵粉心濾波電感器的設(shè)計DesignofChokeUsingIronPowderCores石家莊自強騰飛磁性材料經(jīng)銷部黃永富（石家莊050000）摘要：濾波電感(扼流圈)的設(shè)計，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。介紹三種扼流圈的設(shè)計方法。關(guān)鍵詞：直流磁化飽和磁通密度恒磁導(dǎo)Abstract:Designofchoke,mustconsideringthateffectsfromDCbias.IronpowdercoreshashighRsaturationfluxdensity,lowereffectsfromDCbiasandleaste

2、xpense,itistheexcellentchoicefordesignchoke.Keywords:DCbiasSaturationfluxdensityConstantpermeance1引言常見的濾波電感主要有：共模濾波電感、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

3、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。如何設(shè)計好濾波線圈，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，以達到不同的百分比要求。3磁心材料的選

4、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)率的百分數(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)e2

5、000100050018080300180110恒磁導(dǎo)范圍A/m400800160040008000240040006400Oe5102050100305080材料鐵鎳鉬粉心磁環(huán)Bs8000GS鐵鎳鉬粉心磁環(huán)Bs>10000GSe6012516030022356075恒磁導(dǎo)范圍A/m8000400032001600224002000056004000Oe1005040202802507050表2磁導(dǎo)率75的鐵粉心不同直流磁化力時的磁導(dǎo)率的百分數(shù)012345678900100.099.999.498.898.297.596.795.794.71093.792.691.490.389.187

6、.986.685.484.182.82081.680.379.077.876.675.474.273.071.870.73069.668.567.466.465.464.463.462.461.560.64059.758.858.057.256.455.654.854.153.352.65052.051.350.650.049.448.848.247.647.046.5H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)率的百分數(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

7、。上面提到的直流磁化力可以通過（1）進行計算：H=0.4NI/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）。將上述公式進行一下變換，則有：H/NI=0.4/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=(Dd)/2×cm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/(Dd)或H/NI=1/(Dd)0.5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

8、/cm）由此可以看出，H/NI同l或（Dd）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H時，則W為J或Ws，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)

9、果為J，則公式可變成：W=（NI）2AL/2000J（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)進行設(shè)計計算。圖1美國微金屬公司提供的直流疊加特性曲線    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100H，額定電流為3A，在

10、額定電流時，電感值不得不小于75H。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）進行設(shè)計。表3  鐵粉心(材料26)特性參數(shù)表NoOD×ID×HTAeleVeALH/NISol/NSANI不同J最大NI26mm×mm×mmcm2cmcm3nH/N20.4/lecm2cmcm270o3A/mm24A/mm25A/mm2T5012.7×7.9×4.830.1123.190.358330.39390.4662.016.8670506070T

11、50B12.7×7.9×6.350.1483.190.47143.50.39390.4662.327.8370506070T6015.2×8.53×5.940.1873.740.699500.3360.5712.489.84806080100T6817.5×9.4×4.830.1794.230.75943.50.2970.6942.4711.29080110130T8020.2×12.6×6.350.2315.141.19460.24451.2472.8015.5120150200250T80B20.2×

12、12.6×9.530.3475.141.78710.24451.2473.4418.7120150200250T9022.9×14×9.530.3955.782.28700.21741.5393.6422.4130180240300T9423.9×14.2×7.920.3625.972.16600.21051.5843.4422.0130190250310T10626.9×14.5×11.10.6596.494.28930.19361.6514.4931.0150190250310T106A26.9×14.5

13、15;7.920.4616.493.00670.19361.6513.8626.8150190250310T13033×19.8×11.10.6988.285.78810.15183.0794.7542.2190370490610T13133×16.3×11.10.8857.726.841160.16282.0875.1142.1170250330410T15038.4×21.5×11.10.8879.388.31960.1343.6315.2853.2210430580720T15739.9×24.1×14.51

14、.0610.110.71000.11744.5625.8963.2240540720900T18446.7×24.1×181.8811.221.01690.11224.5627.5489.2250540720900T20050.8×31.8×141.2713.016.4920.09677.9426.5090.929095012701590T200B50.8×31.8×25.42.3213.030.01600.09677.9428.7812029095012701590   1）查圖1或表2，可知75o時，H為25O

15、e。   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/N2L=N2AL=382×0.07=101.1H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=114H=（H/NI）×NI

16、=0.2168×114=24.7Oe5)核對o，由圖1或表2可知24.7Oe,o>75,符合要求。（2）方法二：由儲能系數(shù)推算。1）計算儲能系數(shù)，按公式（6）：W=LI2/2=100×32/2=450J2）由W推算出安匝數(shù)。變換公式（6）可得：NI=2000W/AL1/2試選T9026，該磁心的AL值為70。NI=2000×450/701/2=113.4,取113。由安匝數(shù)計算N。N=NI/I=113/3=37.7,取38計算電感量，L=N2AL=382×0.07=101.1H以下步驟同方法一，不再列出。上述兩種方法，都要進行試選。如果試選不行，視

17、情況找大或小一種的規(guī)格試選，直到滿足要求為止。（3）方法三：利用生產(chǎn)單位提供的兩種曲線，（見圖2，圖3），查出所需磁心。設(shè)計依據(jù)：電感量為100H，額定電流為4A，在額定電流時，電感量不低于75H。1）計算儲能系數(shù)。這里計算時，要求電感量為額定電流時的值，即75H。圖2 材料-260%與W關(guān)系曲線圖3  NI與W關(guān)系曲線W=75×42/2=600J2）查圖2，600J與75相交處為T106。再查圖3，600J與T106相交之點安匝數(shù)約為130。計算安匝數(shù)及電感量。N=NI/I=130/4=32.5,取33L=332×0.093=101.3H此電感量為非額定電流時的

18、值。以后步驟同前。表4列出四種常用規(guī)格的鐵粉心在幾種o條件下，不同電流時最大電感量。在設(shè)計時，通過查對表格，即可確定選用何種磁心（鐵粉心的規(guī)格）。表5列出不同額定電流，不同o時，不大于某個電感量時，可以選用的磁心規(guī)格。表4四種常用規(guī)格的鐵粉心不同電流時電感量o506070758090T1302633.0×19.8×11.1AL812A/mm2時NI240NI350257191165138861A9.9mH5.3mH2.95mH2.2mH1.5mH600H3A1.1mH590H330H245H170H66.6H5A400H215H120H88H61.7H24.0H10A100

19、H53.5H29.5H22H15.4H6.0HT1062626.9×14.5×11.1AL932A/mm2時NI130NI274202150130108671A7.0mH3.8mH2.1mH1.6mH1.1mH410H3A775H420H230H175H120H46H5A280H150H85H60H43H16.7H10A70H37.9H20.9H15.7H10.8H4.2HT902622.9×14.0×9.53AL702A/mm2時NI120NI24418013311597601A4.2mH2.3mH1.2mH925H660H250H2A1.0mH560

20、H310H230H165H63H3A460H250H137H102H73H28H5A165H90H50H37H26H10HT802620.2×12.6×6.35AL462A/mm2時NI100NI21716012010286531A2.2mH1.2mH660H480H340H130H2A540H290H165H120H85H32H3A240H130H75H50H40H15H4A135H75H40H30H20H8H表5不同額定電流所需電感量選用何種磁心AHo50o60o70o75o80o901100T2626T3726T4426T5026T5026BT8026200T3826

21、T5026T5026BT6026T6826T9026300T5026T5026BT6826T7226T10626500T6826T8026T7226T9826T13026230T3726T3826T5026T5026BT802650T3826T5026T5026BT6026T8026T9026100T5026T6026T7226T8026BT10626200T7226T9426T10626AT10626T15026340T5026BT6026T7226T8026BT1062660T6026T7226T8026BT9026T13026100T7226T9026T10626AT10626T1572

22、6200T9426T10626AT13026T15026T18426420T5026T6826T7226T10626A40T6826T7226T9426T10626AT13126520T6826T8026T7226T9026T1302640T8026T8026BT10626AT10626T1572660T8026BT10626AT10626T13026T13126T1752680T9026T10626T13026T13126T15726T18426100T10626AT10626T13126T15026T15726T20026B104T5026BT6026T7226T8026BT106266T6026T7226T9426T10626AT1312610T8026T8026BT10626AT10626T1572615T8026BT10626AT10626T13026T13126T1752620T9026T10626T13026T13126T1572