一文详解电子镇流器中电感线圈参数的选择与计算
电子镇流器是指采用电子技术驱动电光源，使之产生所需照明的电子设备。与之对应的是电感式镇流器（或镇流器）。现代日光灯越来越多的使用电子镇流器，轻便小巧，甚至可以将电子镇流器与灯管等集成在一起，同时，电子镇流器通常可以兼具启辉器功能，故此又可省去单独的启辉器。
本文首先介绍了磁性材料的特性，然后根据它的特性，讨论电子镇流器中电感线圈参数的选择与计算方法，包括选用磁芯尺寸、气隙大小、线圈圈数和漆包线线径等。
一、锰锌铁氧体磁性材料的一般特性 表征磁性材料的磁性参数有以下数种：
1、初始磁导率μ1
初始磁导率是基本磁化曲线上起始点的磁感应强度b与磁场强度h之比。任何一种磁性材料的初始磁导率可以按以下方法求得：用该材料做成截面积为a（cm2）的圆环，平均直径为d（cm），在圆环上均匀分布绕线n匝，在lcr电桥（例如th2811c数字lcr电桥）上，测出其电感为l（h），则可按下述计算公式求出其磁导率
式中，le、ae分别代表磁芯磁路的有效长度及有效面积，如式（1）除以真空磁导率μ0（μ0=4π×10-7（h/m）），则得到相对初始磁导率，它可以表示为：
式（1）、（2）中，l的单位为亨（h），d、有效长度le的单位为cm，a、有效面积ae的单位为cm2。如d、a分别换用mm、mm2为单位，则式（2）中最后一项应换成1010。公式（2）由于除以μ0，所以是无量纲的，一般在磁性材料的工厂手册中给出的初始磁导率，就是按式（2）求得的。
例1有一个r5k材料磁环，其尺寸为外径12mm、内径6mm、厚4mm，试计算其相对初始磁导率。
解：在磁环上绕4匝线圈，测出其电感（用th2811c数字lcr电桥在10khz条件下测量电感）为53.1μh。直接查厂家提供的数据表，查得磁环的有效磁路长度le=26.1mm，有效截面积为11.3mm2。如没有这些数据，作为粗略估算，其有效磁路长度可按外径和内径的平均值计算出圆环的周长来代替，即le=π（12+6）/2=9πmm=28.2mm；有效截面积并非等于由磁环厚度与其外径、内径之差的乘积计算出的实际面积，而应考虑磁场强度（或磁通密度）沿半径方向内强外弱的线性变化，磁通并非均匀分布，故实际面积应除以2，才是其有效面积。按这样方法求得的值为12mm2，与手册表中所给数据差不多，代入式（2）得：
根据以上计算，上述材料应为r5k材料。目前工厂使用的测量磁导率的仪器，如磁环参数分选仪ui9700，仪表指示的不是相对初始磁导率的绝对值，而是它的相对大小。
磁性材料的初始磁导率μi不是固定的，它随温度的变化而变化，如图1所示。图中给出的是金宁公司的磁性材料jp4a（相当于tdk的pc40）的初始磁导率随温度变化的曲线。
（相对）初始磁导率随温度之变化
2、有效磁导率eμ（effectivepermeability）
在闭合磁路中，用有效磁导率μe来表示磁心的导磁性能：
式中，l为装有磁心的线圈的电感量（亨利，h），n为线圈的匝数，le为磁芯的有效磁路长度（mm），ae为磁芯的有效截面积（mm2）。μ0为真空磁导率（4π×10-7h/m）
显然这里μe是相对于真空磁导率的比值，也是无量纲的。
如果在闭合磁路中，磁芯各段截面积不同，此时磁芯的有效磁导率为
式中l为装有磁芯线圈的自感量（亨），n为线圈匝数，
li为具有均匀截面积第i部分的磁路长度（mm）
ai为该部分的截面积（mm2）
对于一个中心开有气隙长度为lg的e形磁芯，如忽略磁芯本身的磁阻，认为磁场强度全部降落在气隙上，则有效磁路长度即等于lg，式（4）最后一项可去掉σ符号，简单地写作lg/ae，如此，式（4）将变为
因为空气隙的相对有效磁导率μe为1。以μe=1，带入上式，由此可得气隙lg的表达式为：
式中，lg以mm为单位，ae以mm2为单位，l以亨为单位。在国外某些公司发表的技术资料中采用式（5）作为初步估算气隙长度的依据。但如果计算出来的气隙不够大，则磁芯部分不能忽略不计，这个数值是不够准确的。
3、电感因数（inductancefactor）
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单位为nh／匝2（有的资料省去分母不写，简写为nh）。一般取n=100，测得电感量l后，按式（6）计算出al值，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59.6nh。
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
电感量和圈数的平方成正比，圈数变化1%，电感量大约变化2%。在绕制电感时，如只在小范围内改变电感量时，可按此原则调整、估算圈数。
例2已知ee16（中心磨气隙0.8mm）的al值为46.8nh/匝2，为绕制2.8mh的电感，应绕多少匝数n？
例3已知某电感采用ee16磁芯，所绕匝数n1为305、电感量l1为4.5mh，今欲绕制的电感为l2=3.4mh，试求出应绕的匝数n2
4、饱和磁通密度（saturation magnetic fux density）
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b.表示之。bs不是固定的，随温度的升高而下降，在80~100c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25c时，bs=510mt，而在100c时， bs只有390mt，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390mt低得多，一方面因为在100c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。
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b。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，如图3所示。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-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。
5、磁性材料的功率损耗（power loss of magnetic materia）
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，涡流损耗煎小;反之亦然。
上述损耗与频率及其工作时的磁感应强度有关，工作频率煎高、磁感应强度愈大，则其损耗亦愈大。
由图还知，在同一频率下，磁芯损耗随磁感应强度的增加而增加，例如在40khz、100^c条件下，当磁感应强度由150mt增加到 200mt时，功率损耗密度由 50kw/m3增加为100kw/m‘ 大约增加为原来的2倍， 如果磁感应强度为300mt时，功率损耗密度将增加为250kw/m，大约增加为原来的5倍。
可见， 磁心损耗随其工作感磁感应强度的增加而增加。同-种材料和尺寸的磁心，在保持电感不变时，增加气隙， 能减少其磁感应强度（以后会讲到），对于降低功率损耗是有利的。或者， 在同样的气隙下， 减少电感量，就会减少磁感应强度， 也能降低磁芯的损耗。当然，如采用大一号的磁心，也会大大降低磁心的磁感立强度和它的发热程度。不过，增加气隙，虽能减少磁芯损耗，但线圈的圈数要增加，铜损会增大，而且窗口的面积会容纳不下线圈。所以，气隙的增加也是有限度的，并非愈大愈好。应对铜损和铁损两者综合加以考虑才对。
二、磁感应强度的计算公式 由交流电路基础知，在有磁心线圈的均匀磁路中，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：
三、磁芯气隙对磁感应强度的影响 磁芯气隙对磁感应强度的影响是一个很重要的问题，如何选择气隙，至关重要，我们不妨通过一个具体例子来作进一步的说明。
例5 已知在一拖二36w电子镇流器中，要求的电感量为2.1mh，根据在工作台。上测试，流过此电感的电流（有效值）为03a，试选用磁芯，并计算磁心的有效磁导率、磁芯中的磁感应强度b，如果不加气隙，有没有饱和的问题？如果磨气隙1.6mm，情况怎样？
解：首先根据经验以及电子镇流器的功率大小，我们初步选用ee25磁芯，由厂家的数据表查出：它的有效截面积ae为39.6mm？ 电感因子ar=1900nh，有效磁路长度为49.5mm。
（1）如果不加气隙，根据其厂家提供的电感因子a数据，要绕制2.1mh的电感，其圈数为：
四、线圈中电流之计算及线径的选择
PID控制器参数整定的一般方法
走进实验室，详细了解英特尔AR-VR战略
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三星电厂爆炸，对存储芯片供应有何影响？
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电容器作为储能和滤波元件，选型方法的介绍
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本文首先介绍了磁性材料的特性，然后根据它的特性，讨论电子镇流器中电感线圈参数的选择与计算方法，包括选用磁芯尺寸、气隙大小、线圈圈数和漆包线线径等。
一、锰锌铁氧体磁性材料的一般特性 表征磁性材料的磁性参数有以下数种：
1、初始磁导率μ1
初始磁导率是基本磁化曲线上起始点的磁感应强度b与磁场强度h之比。任何一种磁性材料的初始磁导率可以按以下方法求得：用该材料做成截面积为a（cm2）的圆环，平均直径为d（cm），在圆环上均匀分布绕线n匝，在lcr电桥（例如th2811c数字lcr电桥）上，测出其电感为l（h），则可按下述计算公式求出其磁导率
式中，le、ae分别代表磁芯磁路的有效长度及有效面积，如式（1）除以真空磁导率μ0（μ0=4π×10-7（h/m）），则得到相对初始磁导率，它可以表示为：
式（1）、（2）中，l的单位为亨（h），d、有效长度le的单位为cm，a、有效面积ae的单位为cm2。如d、a分别换用mm、mm2为单位，则式（2）中最后一项应换成1010。公式（2）由于除以μ0，所以是无量纲的，一般在磁性材料的工厂手册中给出的初始磁导率，就是按式（2）求得的。
例1有一个r5k材料磁环，其尺寸为外径12mm、内径6mm、厚4mm，试计算其相对初始磁导率。
解：在磁环上绕4匝线圈，测出其电感（用th2811c数字lcr电桥在10khz条件下测量电感）为53.1μh。直接查厂家提供的数据表，查得磁环的有效磁路长度le=26.1mm，有效截面积为11.3mm2。如没有这些数据，作为粗略估算，其有效磁路长度可按外径和内径的平均值计算出圆环的周长来代替，即le=π（12+6）/2=9πmm=28.2mm；有效截面积并非等于由磁环厚度与其外径、内径之差的乘积计算出的实际面积，而应考虑磁场强度（或磁通密度）沿半径方向内强外弱的线性变化，磁通并非均匀分布，故实际面积应除以2，才是其有效面积。按这样方法求得的值为12mm2，与手册表中所给数据差不多，代入式（2）得：
根据以上计算，上述材料应为r5k材料。目前工厂使用的测量磁导率的仪器，如磁环参数分选仪ui9700，仪表指示的不是相对初始磁导率的绝对值，而是它的相对大小。
磁性材料的初始磁导率μi不是固定的，它随温度的变化而变化，如图1所示。图中给出的是金宁公司的磁性材料jp4a（相当于tdk的pc40）的初始磁导率随温度变化的曲线。
（相对）初始磁导率随温度之变化
2、有效磁导率eμ（effectivepermeability）
在闭合磁路中，用有效磁导率μe来表示磁心的导磁性能：
式中，l为装有磁心的线圈的电感量（亨利，h），n为线圈的匝数，le为磁芯的有效磁路长度（mm），ae为磁芯的有效截面积（mm2）。μ0为真空磁导率（4π×10-7h/m）
显然这里μe是相对于真空磁导率的比值，也是无量纲的。
如果在闭合磁路中，磁芯各段截面积不同，此时磁芯的有效磁导率为
式中l为装有磁芯线圈的自感量（亨），n为线圈匝数，
li为具有均匀截面积第i部分的磁路长度（mm）
ai为该部分的截面积（mm2）
对于一个中心开有气隙长度为lg的e形磁芯，如忽略磁芯本身的磁阻，认为磁场强度全部降落在气隙上，则有效磁路长度即等于lg，式（4）最后一项可去掉σ符号，简单地写作lg/ae，如此，式（4）将变为
因为空气隙的相对有效磁导率μe为1。以μe=1，带入上式，由此可得气隙lg的表达式为：
式中，lg以mm为单位，ae以mm2为单位，l以亨为单位。在国外某些公司发表的技术资料中采用式（5）作为初步估算气隙长度的依据。但如果计算出来的气隙不够大，则磁芯部分不能忽略不计，这个数值是不够准确的。
3、电感因数（inductancefactor）
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单位为nh／匝2（有的资料省去分母不写，简写为nh）。一般取n=100，测得电感量l后，按式（6）计算出al值，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59.6nh。
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
电感量和圈数的平方成正比，圈数变化1%，电感量大约变化2%。在绕制电感时，如只在小范围内改变电感量时，可按此原则调整、估算圈数。
例2已知ee16（中心磨气隙0.8mm）的al值为46.8nh/匝2，为绕制2.8mh的电感，应绕多少匝数n？
例3已知某电感采用ee16磁芯，所绕匝数n1为305、电感量l1为4.5mh，今欲绕制的电感为l2=3.4mh，试求出应绕的匝数n2
4、饱和磁通密度（saturation magnetic fux density）
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b.表示之。bs不是固定的，随温度的升高而下降，在80~100c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25c时，bs=510mt，而在100c时， bs只有390mt，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390mt低得多，一方面因为在100c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。
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b。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，如图3所示。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-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。
5、磁性材料的功率损耗（power loss of magnetic materia）
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，涡流损耗煎小;反之亦然。
上述损耗与频率及其工作时的磁感应强度有关，工作频率煎高、磁感应强度愈大，则其损耗亦愈大。
由图还知，在同一频率下，磁芯损耗随磁感应强度的增加而增加，例如在40khz、100^c条件下，当磁感应强度由150mt增加到 200mt时，功率损耗密度由 50kw/m3增加为100kw/m‘ 大约增加为原来的2倍， 如果磁感应强度为300mt时，功率损耗密度将增加为250kw/m，大约增加为原来的5倍。
可见， 磁心损耗随其工作感磁感应强度的增加而增加。同-种材料和尺寸的磁心，在保持电感不变时，增加气隙， 能减少其磁感应强度（以后会讲到），对于降低功率损耗是有利的。或者， 在同样的气隙下， 减少电感量，就会减少磁感应强度， 也能降低磁芯的损耗。当然，如采用大一号的磁心，也会大大降低磁心的磁感立强度和它的发热程度。不过，增加气隙，虽能减少磁芯损耗，但线圈的圈数要增加，铜损会增大，而且窗口的面积会容纳不下线圈。所以，气隙的增加也是有限度的，并非愈大愈好。应对铜损和铁损两者综合加以考虑才对。
二、磁感应强度的计算公式 由交流电路基础知，在有磁心线圈的均匀磁路中，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：
三、磁芯气隙对磁感应强度的影响 磁芯气隙对磁感应强度的影响是一个很重要的问题，如何选择气隙，至关重要，我们不妨通过一个具体例子来作进一步的说明。
例5 已知在一拖二36w电子镇流器中，要求的电感量为2.1mh，根据在工作台。上测试，流过此电感的电流（有效值）为03a，试选用磁芯，并计算磁心的有效磁导率、磁芯中的磁感应强度b，如果不加气隙，有没有饱和的问题？如果磨气隙1.6mm，情况怎样？
解：首先根据经验以及电子镇流器的功率大小，我们初步选用ee25磁芯，由厂家的数据表查出：它的有效截面积ae为39.6mm？ 电感因子ar=1900nh，有效磁路长度为49.5mm。
（1）如果不加气隙，根据其厂家提供的电感因子a数据，要绕制2.1mh的电感，其圈数为：
四、线圈中电流之计算及线径的选择
PID控制器参数整定的一般方法
走进实验室，详细了解英特尔AR-VR战略
vivo手机,vivo系统不更新7.0原因
三星电厂爆炸，对存储芯片供应有何影响？
以PIC单片机为微处理器控制MT8880的多功能一键拨号电话系统设计
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