最直接的扼流電感的設(shè)計(jì)方法

1、目前很多工程技術(shù)人員對扼流電感的設(shè)計(jì)都是用經(jīng)驗(yàn)來設(shè)計(jì)，很少有人用更為系統(tǒng)的計(jì)算來設(shè)計(jì)，對于一個(gè)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(jì)，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(shí)候估計(jì)準(zhǔn)了，有的時(shí)候估計(jì)偏了，更有的時(shí)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(jì)的時(shí)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(jì)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(jì)方法，

2、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(jì)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(jì)算都是高中學(xué)過的知識，相信都能看得懂，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(jì)算公式，然后，在此基礎(chǔ)上，再討論電感線圈計(jì)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

3、圈數(shù)和線徑的計(jì)算等。磁芯的電感因數(shù)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(gè)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=LN2或L=N2?AL（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PC30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

4、性，這個(gè)數(shù)值并不很準(zhǔn)確，有（15~25）%的誤差。我們使用時(shí)，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59.6nH。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

5、以，已知磁芯的AL值，對于確定電感所應(yīng)繞的匝數(shù)是很有用的。飽和磁通密度飽和磁通密度飽和磁通密度是一個(gè)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(shí)，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80~100C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

6、25℃時(shí)，Bs=510mT，而在100℃時(shí)，Bs只有390mT，下降了20%多。應(yīng)該指出的是，磁芯工作時(shí)允許的磁感應(yīng)強(qiáng)度要比上述的390mT低得多，一方面因?yàn)樵?00℃時(shí)接近300mT附近磁芯的磁導(dǎo)率已開始降低，另一方面，如工作時(shí)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(jì)算中均取B為200~230mT作為磁芯工作時(shí)允許的最大磁感應(yīng)強(qiáng)度值，遠(yuǎn)離磁飽和。式（10）是一個(gè)很有用的公式，根據(jù)它，可以對已繞制的電感線圈計(jì)算磁芯

7、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)度的影響磁芯氣隙對磁感應(yīng)強(qiáng)度的影響是一個(gè)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(gè)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(jì)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，有沒有飽和的問題？如果磨氣隙1.6

8、mm，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=（2.11031900109）12=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=NALIAe=3519001090

9、.339.6106=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(shí)可能更大），則在電流最大的峰值(1.70.3=0.51A)附近，磁感應(yīng)強(qiáng)度最大值將達(dá)到BM=1.7503mT=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

10、）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190059.6=31.9倍。為繞制2.1mH的電感，其圈數(shù)變?yōu)镹=（2.110359.6109）12=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18833=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=NALIAe=18859.61090.339.6106=0.