利用Excel电子表格快捷设计磁粉芯电感器
摘要: 该文章说磁粉芯的特性与应用问题。
关键字: 变压器,电感器,磁粉芯,电源变压器,电感器,磁粉芯,电源
刚完成了为“2010’第四届中国电子变压器、电感器联合学术年会”提供的文章,收到2010,09《电子变压器技术》,见到文章:《金属磁粉芯电感器设计方法》,饶有兴趣看了一下。
由于我刚完成的文章,讲的也是磁粉芯电感器设计方面的事。在此不免要针对该文章说点磁粉芯的特性与应用问题。
磁粉芯的最大特点是,由于其具有良好的饱和特性,使用它所制作的电感器,在直流应用的条件下,其磁导率随通过它的电流的增大而下降,习惯上称为“跌落”。在该文中,用的是“衰减”这个提法。
但是,应用在交流场合,其磁导率则随着加在线圈上的交变电压而改变,是增加趋向,铁粉芯最高可达到340%,其它材料一般在103.5~125.5%之间,铁硅铝最高可达到103.5%。
该文之2.1中提到“金属磁粉芯制作的开关电源输入差模电感和输出滤波电感,具有优良的抗饱和特性”。后面的“设计算例”,正是设计一台差模滤波电感。
开关电源输入差模电感大多是50周220V交流输入,也有低压直流输入的。这两种情况下,电感器的设计是有差别的。我在给年会的文章《关于应用磁粉芯进行电感器设计》中,有详细的说明,这里就不多谈了。
由于该文是按照(文之图3)磁导率对应直流偏置曲线来设计的,应该是应用在直流场合。以下设计步骤是没有问题可言的。如果是应用在交流50Hz场合,就当别论了。
但是,磁芯选定后,匝数的选择,该文是“按照式(1),匝数初选N=25”,后来修正为N1=36,最后,重新修正匝数,取N1=30。
设计结果是满意的,但设计过程,先后要按照六个公式,进行多次计算,多少麻烦一些。需要指出该文的一个小差错,AL的单位是nH/N2,该文错为μH/N2了。
本人在《关于应用磁粉芯进行电感器设计》文章中,介绍了如何利用Excel电子表格设计磁粉芯电感器,可以得到快捷方便和随意调整。
由于一切计算都由Excel完成,你只需按要求输入数据,就可以了。对于结果不理想,可以随心所欲进行调整,也只是输入数据而已。
下面列出用于磁粉芯电感器设计的Excel电子表格,分为应用在直流和交流场合两部分。
序的右边三列(栏)之1至6行是准备选用的磁芯的参数:OD、ID、Ht、AL、Ae、le。在工作表以天蓝色显示,可以从工作表下部的相应磁芯中选定,只需一键粘贴。7、8、9行三项参数基本上固定不变,棕色作为标志。
接着是名称和单位两栏,1、5、7、8行之I、L/L0、H、μe不用多说。6行之0.4π/le系用于计算H的过度参数。
2、4、10行之L、L0、LAL分别为实际(最终)电感值、起始电感值以及由N和AL计算出来的(名义)电感值。这里所谓的起始电感值,是指按电路设计要求所提出来的电感值。3与9行之N与n是有区别的:n是由起始电感值L0和AL计算出来的匝数,它可能不是整数,而线圈制作其匝数必须为整数,N就是取整的匝数。
数字部分共有五栏,只需在第1栏输入三项即可:先输入I 、L0于1、4行,自动运算后在第9行会出现一个n的数值,将其取整(加或减)输入至第3行。
这里3、4、9、10行之各列的数字是相同的。第1行I之数字,分别为8、4、2、1和0。
运算结果完全自动完成。所有运算的结果,都以黄色显示。
以紫红色显示的数字表示不参加运算。
名称和单位两栏由N*Ae和BPK取代了0.4π/le和H,N*Ae与N*Ae一样是用于计算BPK的过度参数。
其它意义同前部分的不再说明。
应用此excel工作表来进行电感器的设计,是相当简单的。
1.确定所采用磁粉芯的规格。
2.输入该规格磁芯的全部参数:OD、ID、Ht、AL、Ae、le,到以天蓝色显示的相应位置。
3.然后,先在1、4行,数字1栏输入I 和L0。此时,第9行,数字1栏会出现一个数字,将其取整(加或减)后,输入至第3行,数字1栏。输入完成结果就出来了。
经过以上操作,我们完成了工作表的输入和自动运算。
此时我们要对工作表所显示的数据,进行分析判断,充分了解其跌落和增长程度。
例如,表格—1的DC电感器之1栏8行,显示跌落到了69.09%。表格—2的60Hz电感器1栏8行,显示增长到100.14%。
在此基础上,就可以进入电感器的正式设计阶段。
表格—3左端显示DC电感器部分的设计和结果,右端显示50Hz电感器部分的设计和结果。
表格—3是这样的思路:
将两个栏之A栏的4行的L0除以8行的%μo,成为10行的LAL。
根据10行的LAL,计算出匝数即9行的n。
3行的N则是依据9行的n取整(加或减)后输入。
以上这些,已设计了自动运算,自行显示。
必须指出,3行的N需要输入多次,直至5行的%(L/L0)等于或接近100%为止。
两个栏之B栏的9、10行,便是正式结果:
DC电感器则N=31( T),LAL=90.3(μH),L=55.7(μH),基本满足4行L0=55.0(μH)的设计要求。
如果是50Hz电感器,N=24( T), LAL=54.14(μH),L=54.22(μH),也能满足4行L0=55.0(μH)的设计要求。
以上所言,仅供参考,并于指正。
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