飽和電感及其在開關電源中的應用

磁放大器是利用可控飽和電感導通延時的物理特性，控制開關電源的占空比和輸出功率。該開關特性受輸出電路反饋信號的控制，即利用磁芯的開關功能，通過弱信號來實現電壓脈沖脈寬控制以達到輸出電壓的穩(wěn)定。在可控飽和電感上加上適當的采樣和控制器件，調節(jié)其導通延時的時間，就可以構成最常見的磁放大器穩(wěn)壓電路。

磁放大器穩(wěn)壓電路有電壓型控制和電流型控制兩種。圖3所示為電壓型復位電路，它包括電壓檢測及誤差放大電路，復位電路和控制輸出二極管D3，它是單閉環(huán)電壓調節(jié)系統(tǒng)。

圖3 磁放大器電壓型復位穩(wěn)壓電路

圖4所示為移相全橋ZVS-PWM開關電源磁放大器穩(wěn)壓器[2]。全橋開關電路變壓器二次雙半波整流各接一個磁放大器SR，其鐵心繞有工作繞組和控制繞組。在正半周，當某輸出整流管正偏（另一輸出整流管反偏），變壓器副邊輸出的方波脈沖加在相應的工作繞組上，使SR鐵心正向磁化（增磁）；在負半周，該輸出整流管反偏，和控制繞組串聯的二極管D₃正偏導通，在直流控制電流I_c的作用下，使該SR的鐵心去磁（復位）。

圖4 移相全橋ZVS-PWM開關電源磁放大器穩(wěn)壓器

控制電路的工作原理是：開關電源輸出電壓與基準比較后，經誤差放大控制MOS管的柵極，MOS管提供與輸出電壓有關的磁放大器SR的控制電流I_c。

2.3 移相全橋ZVS-PWM變換器

移相全橋ZVS-PWM變換器結合了零電壓開關準諧振技術和傳統(tǒng)PWM技術兩者的優(yōu)點，工作頻率固定，在換相過程中利用LC諧振使器件零電壓開關，在換相完畢后仍然采用PWM技術傳送能量，控制簡單，開關損耗小，可靠性高，是一種適合于大中功率開關電源的軟開關電路。但當負載很輕時，尤其是滯后橋臂開關管的ZVS條件難以滿足。

將飽和電感作為移相全橋ZVS-PWM變換器的諧振電感[3]，能擴大輕載下開關電源滿足ZVS條件的范圍。將其應用于弧焊逆變電源中[4]，可減少附加環(huán)路能量和有效占空比的損失，在保證效率的基礎上，擴展了零電壓切換的負載范圍，提高了軟開關弧焊逆變電源的可靠性。

將飽和電感與開關電源的隔離變壓器二次輸出整流管串聯，可消除二次寄生振蕩，減小循環(huán)能量，并使移相全橋ZVS-PWM開關電源的占空比損失最小。

除此以外，將飽和電感與電容串接在移相全橋ZVS-PWM開關電源變壓器一次[5]，超前臂開關管按ZVS工作；當負載電流趨近于零時，電感量增大，阻止電流反向變化，創(chuàng)造了滯后臂開關管ZCS條件，實現移相全橋ZV-ZCSPWM變換器。

2.4 諧振變換器

采用串聯電感或飽和電感的串聯諧振變換器[6]如圖5所示。當諧振電感電流工作在連續(xù)狀態(tài)時，開關管為零電壓/零電流關斷，但開通是硬開通，存在開通損耗。反并聯二極管為自然開通，但關斷時有反向恢復電流，因此，反并聯二極管必須采用快恢復二極管。為了減小開關管的開通損耗，實現零電流開通，可以使開關管串聯電感或飽和電感。開關管開通之前，飽和電感電流為零。當開關管開通時，飽和電感限制開關管的電流上升率，使開關管電流從零慢慢上升，從而實現開關管的零電流開通，同時改善了二極管的關斷條件，消除了反向恢復問題。

圖5 諧振變換器

2.5 逆變電源[7]

逆變電源以其控制性能好，效率高，體積小等諸多優(yōu)點，被廣泛用于自動控制，電力電子及精密儀器等各個方面。它的性能與整個系統(tǒng)的品質息息相關，尤其是電源的動態(tài)性能。由于逆變電源自身的特點，其動態(tài)特性一直不夠理想。

采用PWM和PFM控制的逆變電源，其工作原理決定了要得到平滑的電流電壓波形，必須在其輸出電路上加續(xù)流電感，而該電感正是影響逆變電源動態(tài)性能的主要因素。對于恒壓源，電感電流與負載完全成反比關系；對于可控恒流源，要使電感電流由小變大，必然要以小的負載值作為前提，盡管不是完全的對應關系，但可以說電流的變化在某種程度上反映了負載的變化。

因此，采用隨電流增大而減小的電感作為逆變電源的輸出電感，可有效地改變電源輸出電路的時間常數T，使其完全與R成反比（T=L/R），進而在負載變化范圍內維持在一個相對較小的數值上，這樣自然會提高動態(tài)性能。

3 結語

本文詳述了飽和電感的物理特性及其電感與電流的變化關系，在此基礎上總結了飽和電感在尖峰抑制器，磁放大器，移相全橋ZVSPWM變換器，諧振變換器和逆變電源中的應用情況，并簡要地分析了它們的工作原理。