最直接扼流电感设计方法.docx

目前很多工程技术人员对扼流电感的设计都是用经验来设计，很少有人用更为系统的计算来设计，对于一个指定功率的产品，到底要用多大的磁芯，气隙开多大，线径用多大，都是用长期的经验来估计，到底在实验工作中会不会出现高温饱和，心中没有底，有的时候估计准了，有的时候估计偏了，更有的时候因为怕出现问题用料很猛，为了使我们的电感在设计的时候做到心中有数，我们必须从本质上吃透电感的设计参数，以及这些参数之间的相互影响。本人为了找到更有效更能理解的设计方法，也看了很多相关方面的书籍，综合了这些内容我认为我对电感的设计做到了心中有数，没有去盲目的单靠经验的估算，相关的计算都是高中学过的知识，相信都能看得懂，有不合理的地方大家相互交流！有些知识都是中其他技术文献中套用过来。为便于展开讨论，本文从基础知识讲起，首先介绍在电子镇流器中常用的锰锌铁氧体磁性材料的一般特性和磁路的基本计算公式，然后，在此基础上，再讨论电感线圈计算中有关问题，包括磁芯尺寸、气隙大小、磁芯中的磁感应强度、磁芯损耗以及线圈的圈数和线径的计算等。磁芯的电感因数电感因数是指磁芯的单匝电感量。一个装有磁心的电感，绕有N匝线圈，其电感值为L，则磁芯的单匝电感量即电感因数AL，可按下式求得：AL= L/N2???? 或???? L=N2?AL???????????????????????????????? （6）厂家在其产品手册会给出未磨气隙的每种规格磁芯的AL值以及有效磁路长度、有效截面积、有效体积等，例如PC30材料EEI3的AL值为1000nH；EE16A的AL值为1100nH；EE25A的AL值为1900nH。由于磁性材料参数的零散性，这个数值并不很准确，有+/-（15~25）%的误差。我们使用时，一般都磨气隙，由于有气隙存在，AL值虽然变小了，但是电感因子却相对稳定了，零散性也小了。为求得磨气隙后磁芯的AL值，我们可以在相应骨架上先绕100匝，装上磁心，测得其电感值L，根据式（6），即可算出开气隙后磁心的AL值。例如EE25A中心磨气隙1.6mm.后，其AL值降为59.6 nH。已知某种型号磁芯的AL值，要求绕制的磁芯线圈的电感量为L，可求得所需绕的线圈的匝数N??????????????????????????????????????????????? （7）所以，已知磁芯的AL值，对于确定电感所应绕的匝数是很有用的。饱和磁通密度饱和磁通密度是一个很重要的参数，对镇流器是否能可靠地工作关系很大。如所熟知，当电流（或磁场）增加到某一数值后，磁芯就会饱和，磁通密度不再增加，如图2的曲线所表示的那样。此时，磁导率很低，该磁通密度称为饱和磁通密度，以Bs表示之。Bs不是固定的，随温度的升高而下降，在80~100°C下，比室温下低得很多。由图2可以查出，在节能灯中常用的PC30、PC40材料在25℃时，Bs=510mT，而在100℃时，Bs只有390 mT，下降了20%多。应该指出的是，磁芯工作时允许的磁感应强度要比上述的390 mT低得多，一方面因为在100℃时接近300 mT附近磁芯的磁导率已开始降低，另一方面，如工作时磁芯的磁感应强度较大，则磁芯损耗亦较大（见图4）。所以在工程计算中均取B为200~230mT作为磁芯工作时允许的最大磁感应强度值，远离磁饱和。图2 饱和磁通密度随温度变化曲线在一体化节能灯或电子镇流器中所用磁性材料，如果由于工作温度升高，则其磁芯的Bs值下降，造成磁导率及电感量减少，流过电感的电流上升，在电流的峰值附近出现很大的尖峰，这种情形是很危险的，它会导致电感量进一步减少及电流进一步加大，最终使电感失磁，L=0，三极管因电流过大、管子结温过高而损坏。磁性材料的功率损耗磁性材料的功率损耗是一个很重要的参数，它反映磁芯工作时发热的程度，损耗大，发热就厉害。带有磁芯的线圈，其功率损耗包括线圈电阻的功率损耗（俗称铜耗）和磁芯材料的功率损耗（俗称铁耗）。磁芯材料的功率损耗包括磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗三部分。大家知道，磁芯中磁感应强度B的变化滞后于磁场强度H的变化，并呈现出封闭的磁滞回线形状，磁滞损耗的大小与磁滞回线所包围的面积呈正比。也与频率成正比。涡流损耗则是由于交变磁通穿过磁芯截面时，在与磁力线相垂直的截面内环绕交变磁通会产生涡流，涡流亦产生功率损耗。它与磁通变化的频率，磁性材料的电阻大小有关。一般磁芯材料的电阻愈大、工作频率愈低，涡流损耗愈小；反之亦然。上述损耗与频率及其工作时的磁感应强度有关，工作频率愈高、磁感应强度愈大，则其损耗亦愈大。磁感应强度的计算公式根据为我们高中时学的电磁感应知识可知，如线圈的圈数为N，电感为L，流过线圈的电流为i，则线圈两端的电压u有：?????????? u=Ldi/dt=Ndφ/dt,???? 或写作：? ?u= LΔi/Δt=NΔ