可飽和電感特性及開關(guān)噪聲抑制作用

　　4　可飽和電感在磁放大器穩(wěn)壓技術(shù)中的應(yīng)用

　　磁放大器穩(wěn)壓是利用可飽和電感導(dǎo)通延時的物理特性來控制開關(guān)電源的占空比和輸出功率，穩(wěn)定電源輸出電壓的一種方法。在可飽和電感上加上適當?shù)牟蓸雍涂刂圃?，調(diào)節(jié)其導(dǎo)通延時的時間，就可以構(gòu)成最常見的磁放大器穩(wěn)壓電路。圖5是一個輸入為110Vac～220Vac/50HZ，輸出為5Vdc/20A，12Vdc/10A的雙管正激開關(guān)穩(wěn)壓電源，其中5V是主控回路。其輔路12V輸出電流較大，對穩(wěn)壓精度和負載穩(wěn)定度都有較高要求，采用普通的方法穩(wěn)壓效果都不是很理想，如果采用磁放大器穩(wěn)壓技術(shù)就可圓滿解決這一問題，使穩(wěn)壓電路的結(jié)構(gòu)簡單，耗散功率小，并可達到毫伏級的穩(wěn)壓精度。

　　110Vac～220Vac/50HZ輸入經(jīng)有源功率因數(shù)校正電路提升電壓后，輸出400Vdc的直流電壓加在功率模塊初級上，次級繞組N1輸出峰值為20V、占空比約為25%的方波電壓，次級繞組N2的輸出峰值電壓為50V。在加入磁放大器穩(wěn)壓電路前(圖5中虛線框部分)，輔路12V處的輸出電壓V2»50V´0.25=12.5V，在5V滿載而12V空載時，由于輔路沒有死負載放電回路，實際輸出電壓還會高得多。加入磁放大器穩(wěn)壓電路后，由于它的調(diào)節(jié)作用，輔路在任何負載條件下都可以得到理想的12V輸出電壓。下面分析磁放大器穩(wěn)壓電路的工作原理，穩(wěn)壓過程中可飽和電感Ls的磁感應(yīng)強度變化曲線仍可由圖4表示。

　　當初級功率管V1和V2截止時，次級二極管D1反向截止，二極管D2導(dǎo)通續(xù)流，儲能電感L1釋放能量，電源的輔路處于關(guān)斷狀態(tài)，此時，一個毫安級的小電流If經(jīng)Q1、D3流入可飽和電感Ls，在Ls中產(chǎn)生了附加磁感應(yīng)強度B0，B0位于磁滯回線的V點。在功率管V1和V2重新導(dǎo)通后，由于電感Ls的限流作用，D1中的電流只能緩慢增大，D2仍起著續(xù)流的作用，電源的輔路仍處于關(guān)斷狀態(tài)。只有在經(jīng)過DT的延時時間后，當D1中的電流增加到了一定數(shù)值，Ls中的磁感應(yīng)強度達到了飽和磁感應(yīng)強度BS(A點)時，Ls才會立即飽和，D1中的電流迅速增加，D2迅速截止，儲能電感L1進入儲能階段，電源的輔路進入了導(dǎo)通狀態(tài)。

　　由上面的分析可知，由于可飽和電感Ls的插入，使得輔路的導(dǎo)通時間T´ON、占空比a´都較主回路小，通過對占空比a´的調(diào)節(jié)最終實現(xiàn)了輔路輸出穩(wěn)壓的目的。a´具有很大的調(diào)節(jié)范圍，在輔路完全空載時，a´幾乎可以被調(diào)節(jié)至0，從而使輔路具有了很高的負載穩(wěn)定度和穩(wěn)壓精度。占空比a´可根據(jù)下式計算：

　　a´= T´ON/T=(TON-DT)/T　　　　　　　　　　　　(2)

　　式中：TON：主回路的導(dǎo)通時間;T：電源的開關(guān)周期; DT：Ls的導(dǎo)通延時時間。

　　可飽和電感的導(dǎo)通延時時間DT由附加磁感應(yīng)強度B0、電流If等確定，B0、If由采樣控制電路根據(jù)輸出電壓的大小自動調(diào)節(jié)。DT由下式給出：

　　DT=N´Ae´(BS-B0)/Vin　　　　　　　　　　　　　　(3)

　　式中：BS：可飽和電感的飽和磁感應(yīng)強度;　　B0：介于±BS之間，由工作電流If確定;

　　Ae：可飽和電感的截面積;　　　　　　N：可飽和電感的線圈匝數(shù);

　　Vin：加在可飽和電感兩端的電壓。

　　在B0=-BS時，DT有最大值DTmax=2N´Ae´BS/Vin;在B0=Br時，DT有最小值DTmin= N´Ae´ (BS-Br)/Vin。If一般設(shè)計為幾十毫安，If的近似值由下式給出：

　　If »(HC- B0/mi)´lm/N　　　　　　　　　　　　　　 (4)

　　式中：HC：可飽和電感的矯頑力;mi：起始磁導(dǎo)率;lm：可飽和電感的等效磁路長度。

　　基于與正激電源輔路輸出穩(wěn)壓同樣的原理，由兩套磁放大器穩(wěn)壓電路就可以構(gòu)成推挽電源、橋式電源的輔路輸出穩(wěn)壓單元。此外，也可以由磁放大器方便地組成正反混激電源輔路輸出穩(wěn)壓單元等，在這里就不一一贅述。

　　5　結(jié)束語

　　本文介紹了可飽和電感的基本物理特性和可飽和電感的開關(guān)噪聲抑制作用，重點分析了磁放大器穩(wěn)壓電路的工作原理，并提出了幾個理論計算公式。在電源的實際工程設(shè)計中，由于供貨廠商通常都會提供可飽和電感和磁放大器的經(jīng)驗設(shè)計公式，所以實際設(shè)計工作還是比較簡單容易的。磁放大器穩(wěn)壓電路對于電路參數(shù)的要求并不是十分嚴格，在正常情況下都可以取得非常良好的穩(wěn)壓效果。