鐵粉心濾波電感器的設計-

1、鐵粉心濾波電感器的設計1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。以往的電子設備,例如使用電子管的電子設備,整流輸出多為高電壓小電流,當今采用晶體管和集成電路的電子設備,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于大電流條件。因此,選擇什么樣的材料作磁心。如何設計好濾波線圈,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

2、于恒磁導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特性。需要指出,有些設計人員往往只注意電感量的指標,選擇磁導率高的材料,以減少線圈

3、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。這是應該注意避免的。表1列出一些磁心材料的恒磁導特性的比較,供選擇時參考。表中所說的恒磁導范圍,是指在這個直流磁化力范圍內(nèi),磁導率不會低于50%。減少直流磁化力相應提高磁導率的百分比。表2為磁導率75的鐵粉心,在不同直流磁化力時的磁導率的百分數(shù)。表1一些磁心材料和恒磁導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)e2000100050018080300180110恒磁導范圍A/m40080040008000240040006400Oe5102050100305080材料鐵鎳鉬粉心磁環(huán)

4、Bs8000GS鐵鎳鉬粉心磁環(huán)Bs>10000GS e6012516030022356075恒磁導范圍A/m8000400032001600224002000056004000Oe10050402028025050表2磁導率75的鐵粉心不同直流磁化力時的磁導率的百分數(shù)*12345678900100.099.999.498.898.297.596.795.794.71093.792.691.490.389.187.986.685.484.182.82081.680.379.077.876.674.273.071.870.73069.668.567.466.465.464.463.462.4

5、61.560.64059.758.858.057.256.455.654.854.153.352.65052.051.350.650.049.448.848.247.647.046.5H%*注:縱、橫數(shù)字相加代表直流磁化力H,其交點對應磁導率的百分數(shù)4有關計算公式表3鐵粉心(材料26特性參數(shù)表AL(nH/N2So(mm2為了更好地進行電感設計,滿足恒磁要求,需要熟練掌握一些磁學公式,并了解一些必要的磁學知識。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

6、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=(D+d/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/(D+d或H/NI=1/(D+d0.5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/NINIOe(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,當安匝數(shù)一定時,選用大尺寸的磁心,H值就小,恒磁導特性就好。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

7、出幾個公式:L=N2AL(nH/N2nH(2N=L(nH/AL(nH/N21/2匝(3AL=L(nH/N2nH/N2(4W(energy=LI2/2J或Ws(5此公式中L單位為H,I單位為A。當L單位為H時,則W為J或Ws,將公式(2代入(6,又可得一關系式:W=LI2/2=N2ALI2/2=(NI2AL/2(6此式中,如AL取nH/N2值,則為nJ。為使得出的結果為J,則公式可變成:W=(NI2AL/2000J(65設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,就可以進行設計了,圖1為美國微金屬公司提供的曲線,供設計參考,實際操作時,亦可根據(jù)表2提供的數(shù)據(jù)進行設計計

8、算。由于鐵粉心具有飽和磁通密度高,恒磁導特性好,價格便宜,而得到了廣泛應用。因此,本文的設計方法與步驟,均以鐵粉心為準。其它材料只要改變特性參數(shù),其余無多大差別。設計依據(jù):電感量為100H,額定電流為3A,在額定電流時,電感值不得不小于75H。即要求恒磁導特性為75%。介紹三種設計方法:(1方法一:利用恒磁導特性曲線及系列產(chǎn)品特性表(表3進行設計。表3 鐵粉心(材料26特性參數(shù)表NoOD×ID×HTAeleALH/NISol/NSANI不同J最大NI-26mm×mm×mmcm2cmcm3nH/N20.4/lecm2cmcm270%o3A/mm24A/mm

9、25A/mm2T5012.7×7.9×4.83 0.1123.190.358330.39390.4662.016.8670506070T50B12.7×7.9×6.35 0.1483.190.47143.50.39390.4667.8370506070T6015.2×8.53×5.94 0.1873.740.699500.3360.5712.489.84806080100T6817.5×9.4×4.83 0.1794.230.75943.50.2970.6942.4711.29080110130T8020.2

10、15;12.6×6.35 0.2315.141.19460.24451.2472.8015.5150200250T80B20.2×12.6×9.53 0.3475.141.78710.24451.2473.4418.7120150200250T9022.9×14×9.53 0.3955.782.28700.21741.5393.6422.4130180240300T9423.9×14.2×7.92 0.3625.972.16600.21051.5843.4422.0130190310T10626.9×14.5

11、15;11.1 0.6596.494.28930.19361.6514.4931.0150190250310T106A26.9×14.5×7.92 0.4616.493.00670.19361.6513.8626.8150190250310T13033×19.8×11.1 0.6988.285.78810.15183.0794.7542.219037049061033×16.3×11.1 0.8857.726.841160.16282.0875.1142.1170250330410T15038.4×21.5×11.

12、1 0.8879.388.31960.1343.6315.2853.2210430580720T15739.9×24.1×14.5 1.0610.110.71000.11744.5625.8963.2240540720900T18446.7×24.1×181.8811.221.01690.11224.5627.5489.2250540720900T20050.8×31.8×141.2713.016.4920.09677.9426.5090.929095012701590T200B50.8×31.8×25.42.32

13、13.030.01600.09677.9428.78120290950127015901查圖1或表2,可知75%o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/NINI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

14、化力。NI=N×I=38×3=114H=(H/NI×NI=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=10

15、1.1H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。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。在設計時,通過查對表格,即可確定選用何種磁心

16、(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%o50%60%70%80%90%T1302633.0×19.8×11.1 AL812A/mm2時NI240NI350257191165138861A9.9mH5.3mH2.95mH2.2mH1.5mH600H3A1.1mH590H330H245H170H66.6H5A400H215H120H88H61.7H24.0H10A100H53.5H29.5H22H15.4H6.0HT1062626.9×14.5×11.1 AL932

17、A/mm2時NI130274202150130108671A7.0mH3.8mH2.1mH1.6mH1.1mH410H3A775H420H230H175H120H46H5A280H150H85H60H43H16.7H10A70H37.9H20.9H15.7H10.8H4.2HT902622.9×14.0×9.53 AL702A/mm2時NI120NI244180133115971A4.2mH2.3mH1.2mH925H660H250H2A1.0mH560H310H230H165H63H3A460H250H137H102H73H28H5A165H90H50H37H26H10H

18、T802620.2×12.6×6.35 AL462A/mm2時NI100NI21716012010286531A2.2mH1.2mH660H480H340H130H2A540H290H165H120H85H32H3A240H130H75H50H40H15H4A135H75H40H30H20H8H表5不同額定電流所需電感量選用何種磁心AHo50%o60%o70%o75%o80%o90%1100T2626T3726T4426T5026T5026BT8026200T5026T5026BT6026T6826T9026300T5026T5026BT6826 T7226T1062650

19、0 T6826T8026T7226T9826T13026230T3726T3826T5026T5026B T802650T3826T5026T5026BT6026T8026T9026100T5026T6026 T7226T10626200 T7226T9426T10626AT10626T15026340T5026BT6026 T7226T8026BT1062660T6026 T7226T8026BT9026T13026100 T7226T9026T10626AT10626T15726200T9426T10626A T13026T15026T18426420 T6826 T7226T10626A

20、40T6826 T7226T9426T10626AT13126520 T6826T8026T7226T9026T1302640T8026T8026B T10626AT10626T1572660T8026BT10626AT10626T13026T13126T1752680T9026T10626T13026T13126T18426100T10626AT10626T13126T15026T15726T20026B104T5026BT6026 T7226T8026BT106266T6026 T7226T9426T10626AT1312610T8026T8026B T10626AT10626T1572615T8026BT10626AT10626T13026T13126T1752620