关于电感值的工程变通计算和测试法

2006-05-07 15:50:20来源: 电源技术应用

计算电感值存在的困难,推导出一种计算电感的公式,从而绕开了对磁材磁性能指标如Bs及μ值的准确了解,而能顺利计算出所需的电感值。

1 引言

在开发电子镇流器和电子节能灯电感镇流器及电感式节能灯中,常常遇到镇流电感及滤波电感值的计算问题。

但是电感值的计算程式比较繁琐,并且在缺乏必要的磁材参数测量仪器的情况下,要严格按程式计算也是困难的,如果有设计仿真软件当然就容易了。

2 传统的程式设计

例如:要设计40W电子镇流器,电路需要L=1.6mH的电感,试计算磁芯大小、绕线匝数、磁路气隙长度。

首先,计算磁芯截面积,确定磁芯尺寸。

为此,可由式(1)计算出磁芯面积乘积Ap

Ap=(392L×Ip×D2)/ΔBm    (1)

式中:Ap——磁芯面积乘积cm4

L——要求的电感值H

Ip——镇流线圈通过的电流峰值A

ΔBm——脉冲磁感应增量T

D——镇流线圈导线直径mm

根据磁芯面积乘积Ap的计算值在设计手册中选择标准规格磁芯或自行设计磁芯尺寸。

    在此ΔBm一般取饱和磁感强度的1/2~2/3,即:ΔBm=(1/2~2/3)Bs。

Bs在一般磁材手册中都是给定的,可以查找出来,所以,一般说,由式(1)计算磁芯尺寸,并不是难事,难在磁材本身参数的分散性,同一炉磁芯的参数差别有时会很大,手册中给出的Bs—H曲线和参数是统计平均值,所以依据式(1)算出的尺寸,还要在实际使用中反复检验修正。

磁芯尺寸确定以后,计算空气隙(对EI型磁芯就是夹多厚的垫片,对于环型铁芯就是开多宽的间隙)一般是按式(2)计算:

    lg=(0.4πL·I2}/Sp·ΔB2m    (2)

式中:lg——磁芯气隙长度cm

L——所需的电感值H

Ip——线圈中通过的电流峰值A

ΔBm——脉冲磁感应增量T

Sp——磁芯截面积cm2

一般地说,根据式(2)计算气隙大小,也不会太困难。困难仍在于ΔBm值,仅是厂家的统计平均值,对于同一规格的磁芯,不同厂家也是不同的,所以,依据式(2)算出的lg,仅是个大概值,还须在实际中去反复修正,也就是再试凑。

磁芯尺寸确定了,气隙长度也确定了,就可以确定需绕多少匝,才能达到所需的电感值L。

根据L=4μ·N2×10-9×A    (3)

    可得

    式中:N——为所需的绕组匝数

A——磁芯的几何形状参数

要根据式(4)算出匝数,关键是要知道导磁率μ为多少,从厂家给的磁材手册上查,μ值也只是个范围。例如R2K磁芯,其初始导磁率实际上是在1800~2600之间,具体值得靠测量。测量磁参数的仪器,一般工厂是不具备的,于是要根据式(4)计算匝数就比较困难。尤其是在有气隙的条件下,导磁率比无气隙时下降了多少也是未知数。所以依据式(4)计算就更困难。一般是先假设μ,进行计算,算出匝数N,试绕好后测量L能否达到设计值,通常很难达到,则再另设μ值,再计算,这样反复试凑下去,直到接近预定的L值结束。

以上就是根据已知电感量L,求磁芯尺寸,气隙及绕组匝数的通用方法。

如果,设计一种镇流器只计算一个电感值L,采用这种试凑计算也就算了,现在要面对市场,需要种种规格的镇流电感,再这样试凑,不仅时间上拖延了新品的开发进度,试制材料上也浪费很多。当然如果有电感值计算仿真软件,就另当别论。

3 变通算法

根据前面计算出的磁芯尺寸、气隙长度,先绕制一匝数为No的电感,其实测电感值为Lo,则有

Lo=4μNo2×10-9×A    (5)

令式(3)式(5)相除并整理后得:

式中:L——为要求的电感值

No——为已知的匝数

Lo——为已知的匝数下的电感值

这样,对同一参数的磁芯,只要知道L、No、Lo三个参数,即可求出匝数N。

实际制作时我们先在磁芯上绕(环形磁芯可以直接绕,EI型磁芯可在骨架上绕)No=20匝,在电感仪上测出Lo,将此值代入式(6),即可求出在该磁芯上应绕的匝数N。

间隙的确定:

(1)间隙的作用

图1及图2中的曲线①为无间隙时磁芯的磁化曲线及导磁率μ与B的曲线,图1及图2中的曲线②为有气隙时的相应曲线。

从图1及图2的曲线可看出,同一磁芯开了气隙后,可使B—H曲线斜率降低,使磁芯饱和点右移,从而增加了磁芯抗直流磁化的能力。但气隙的加入,又使导磁率下降,所以气隙有个最佳值,即在电感线圈通过最大峰值电流时,磁芯不进入饱和,同时又不致使导磁率降得太低,因为从式(3)可知,在所需电感量一定时若导磁率降低势必要增加线圈匝数,这是个矛盾。

(2)确定最佳气隙

按该镇流电感所通过的最大电流峰值Ip,利用直流磁化电源,和电感测试仪配套连接,使通入的直流电流达到Ip时,电感量下降不超过零电流时的10%,即认为磁芯已经到达最高Bm值,此时的间隙即为最佳气隙长度。

如果通入Ip时,电感下降值超过10%,说明间隙小了些,可适当再加大点,如果在Ip时,电感不下降,说明间隙片大了点,应适当减小点,这样,边测边改,十几分钟就确定了最佳气隙长度,避免了利用式(2)计算气隙时因Bm值不确定带来的反复试凑的麻烦。

根据上述可归结出电感值计算三步法,即在根据电路要求或灯电参数确定了镇流电感值L后,可按下述三步进行:

①利用式(1)确定磁芯尺寸;

②用直流磁化电源和电感测试仪确定气隙;

③利用公式(6)计算所需的匝数。

当然,这样确定的镇流电感值还要装到电路里进行实验确认。一般只需作简单的匝数修正即可满足设计要求,用这种变通法设计镇流电感,绕开了对磁材磁性能指标如μ及Bs的准确了解,而能顺利设计出需要的电感值。

4 应用效果

(1)我们在开发研制出的许多系列节能灯产品中所用的镇流器电感,都是按上述三步法设计的,效果良好。

(2)利用变通计算法在已知产品的电感值,磁芯尺寸及间隙厚度条件下,反求其绕线的匝数。

当有的电感绕组不能用测圈仪测量其匝数时,只好一圈一圈拆计数,对EI型磁芯还好拆,对于环形铁芯拆起来较困难,尤其是小环、线细、匝数多的情况,现在利用变通算法,只要设法在原电感上绕20~30匝线,再测出新绕电感值Lo代入式(6)即可求出该电感的实际匝数。

(3)利用变通计算法控制环形铁芯电感量的一致性。

在铁芯卷绕及加工间隙时,由于操作工艺上的问题,会造成间隙厚度和形状不一致,这样,如按固定的匝数进行绕制,势必造成各个环形电感值的很大差异,不符合设计要求。

为解决这个问题,一般采用宁肯多绕几圈的办法,在测量电感值时,再把多余的圈数拆掉(当然拆几圈比增加几圈简单一些)

我们在开始生产250W钠灯镇流器时,唯恐绕好后有的电感量不够,就宁肯多绕十几匝,结果逐个检测电感量时,发现有的电感量基本接近设计值,而有的多绕了十几匝,只好一个个地拆掉多余的匝数,浪费了铜线也费了工时。

为此,我们专门设计了一个工装,用此工装结合LCR测试仪可直接对每个铁芯进行Lo的测量,并用标签贴在铁芯上。工装的No为30匝,测量一个批量后,用公式(6)计算,即知同一L值的铁芯上应绕的匝数。

对于某一功率的镇流器,L是已知的,如250W钠灯镇流电感,L一般为190mH左右,则:

    这就把一个较复杂的计算问题简化,交由生产线工人来操作。

关键字:电感  工程  变通  计算

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/packing/200605/3633.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
电感
工程
变通
计算

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 

About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新更新 手机版

站点相关: 市场动态 半导体生产 材料技术 封装测试 工艺设备 光伏产业 平板显示 电子设计 电子制造 视频教程

北京市海淀区知春路23号集成电路设计园量子银座1305 电话:(010)82350740 邮编:100191

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved