濾波扼流圈設計方法
在電子設備中，將交流電經整流后得到脈動直流電，為了獲得平滑的直流電流，必須采用電容濾波或電感濾波，以減少整流后的紋波電壓，雖然許多小功率的整流電路，只需在整流后并聯上一只大容量的電解電容器，即可滿足要求。但對直流負載功率達幾百瓦的整流電路，單靠電容器濾波是不夠的，因為加大電容器的容量，它的體積也要增大，另外，當負載電流變化時，直流電壓的波動也會增大，輸出特性變差。如果在整流后采用一個濾波扼流圈，與電容器配合接成π形濾波電路，或者接成倒L形濾波電路，那么，濾波效果要好得多了，見圖1所示。 如何確定濾波扼流圈的電感量 L？在圖1中，先計算負載電阻 的阻值: (Ω)那么，濾波扼流圈的電感量L可以根據負載電阻 的大小，按下式計算電感量L: (亨)當電源頻率f=50Hz時，則 (亨)例如: 經整流、濾波后的負載電壓為24V，直流電流I為5A。此時負載電阻 =4.8Ω。那么要求濾波扼流圈的電感量L: 即電感量為5毫亨，直流電流為5A。由于在濾波扼流圈中通過的是脈動直流電流，其中主要的是直流成分，也有少量的交流成分，即在交直流同時磁化下工作的。因此在鐵芯中產生很強的直流磁通，甚至使鐵芯中的磁通達到飽和狀態。制造這樣的扼流圈，在鐵芯的磁路中都留有一定的空氣隙lg以防止直流磁通的飽和。濾波扼流圈的鐵芯體積V、線圈匝數N和空氣隙lg，是由三個有相互關系的電氣參數，即:電感量L、直流磁化電流I和線圈兩端的交流的電壓U~而決定的。濾波扼流圈的匝數、和通過的直流電流，因而在鐵芯中產生直流磁通，同時在直流電流中還含有紋波電壓，因此在鐵芯中也含有一部分交變的磁通，它疊加在直流磁通上，見圖2所示。 濾波扼流圈的磁路是由鐵芯的磁路長度 和空氣隙lg兩部分組成。雖然磁路長度 極大于空氣隙lg，但這兩部分是不能直接相加的。因為這兩部分的導磁率μ是不同的，在空氣隙中的導磁率是1，而在鐵芯中的導磁率視鐵芯的飽和程度而定。磁路中有空氣隙的，其有效導磁率μe一般在100~ 1000。在鐵芯中的導磁率與空氣隙中的導磁率兩者比值極大，而空氣隙對磁通的阻力很大。所以某個濾波扼流圈，當通過的直流磁化電流變動時，而電感量的變化很小，那么這種扼流圈稱為線性扼流圈。假如磁路中的空氣隙lg很小,當直流磁化電流變動時，使電感量也引起變動，如通過的直流電流變小時，電感量L增大，當通過直流電流增大時，電感量L減小，（如音頻乙類功率放大電路）。這種扼流圈則稱為非線性扼流圈，又叫做搖擺扼流圈。濾波扼流圈鐵芯體積V的大小，與? 的乘積成正比例，所以設計時，先要按表一選定某一型號的鐵芯，并求出 的比值，再從圖3的曲線上求得 的對應值，此時即可計算繞組匝數N: (匝)導線直徑d也根據表一提供的電流密度J進行計算: (mm)現舉例設計一個10mH、5Ad.c.的濾波扼流圈，用于50Hz整流電路上，電壓降不大于1.5V。計算步序:1.計算?? =0.01x =0.25在圖3的中部區間內。2.按表1選擇鐵芯，并計算 選擇EI26×28，鐵芯體積V=108 代入下式: 然后在圖3的縱座標上，找到23× ，并找到對應的H值為40。 3.計算線圈匝數因為H= =40所以N= =125圈4.計算導線直徑d =1.35 mm按線規表選擇 QE-1.32 漆包線。5.表一中所列的鐵芯系列，是變壓器廠常用的規格，一般都配有塑料骨架，本例中QE-1.32漆包線繞125圈，正好能繞在EI-26×28的骨架上，線圈厚度為10mm。6.平均匝長lolo=2×(29+31)+10π=151 mm7.導線總長LL=Nlo=125×0.151=18.9m8.直流電阻R20℃ 9.電壓降UrUr=I =5×0.242=1.21V此電壓降Ur接近并小于預定值1.5V，比較合適。如果計算Ur值大于預定值。則應重選大一號的鐵芯。減少圈數，增大導線直徑。如果客戶對Ur未提出要求。也應以表一提供的電流密度J計算導線直徑，若設計時J取得偏高，則導線偏細，線包溫升就會偏高。10.空氣隙lg在圖3的曲線上，本例計算正好在兩個點0.004~0.005之間，可取0.0045 =lg，由于EI型鐵芯磁路中要遇到兩個空氣隙，所以計算空氣隙時應除以2lg= =0.35mm即在裝配鐵芯時，在EI型鐵芯之間墊以0.35mm厚的絕緣紙板，由于鐵芯材質不同，導磁率也有高低，在測試時，可調整空氣隙的大小，以達到需要的電感量。 現將EI16×24鐵芯濾波扼流圈參數列于表二、EI26×28鐵芯濾波扼流圈參數列于表三中，供設計時參考。?