基于磁放大器的大電流多輸出開關(guān)穩(wěn)壓電源的研究

1 引言
　　現(xiàn)有開關(guān)電源一般采用電壓負(fù)反饋的方式來進(jìn)行穩(wěn)壓，但是這種方式只適合單輸出開關(guān)穩(wěn)壓電源。然而對于大電流多輸出開關(guān)電源，采用電壓負(fù)反饋的方式不能實(shí)現(xiàn)多組輸出電壓的校正，因此不能獲得多組輸出電壓的穩(wěn)定。本文中采用了后相校正器中的一種，即磁放大器來實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源中多組輸出電壓（本文中采用的是兩組輸出電壓）的穩(wěn)定。本文中我們所設(shè)計(jì)的開關(guān)電源主輸出電壓是24V，電流是6A；輔助輸出電壓是5.0V，輸出電流為10A。
　　本設(shè)計(jì)在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)成功，并已應(yīng)用于生產(chǎn)。

2 磁放大器的基本原理

　　磁放大器是由可飽和磁芯以及磁芯上所繞的線圈所構(gòu)成，當(dāng)線圈流經(jīng)電流超過一定值時，磁芯便達(dá)到飽和，因此磁阻相當(dāng)小，相當(dāng)于短路。當(dāng)流經(jīng)線圈的電流低于這個值時，磁芯便退出飽和，由于磁芯是高導(dǎo)磁材料鎳、鐵、鉬的合金構(gòu)成，因此線圈間的阻抗相當(dāng)大，相當(dāng)于斷路。從上分析可知：磁放大器實(shí)際上類似于一個占空比可調(diào)的開關(guān)。該磁芯的磁滯回線如圖1所示：

圖1　鎳、鐵、鉬合金磁芯的磁滯回線

3 磁放大器結(jié)構(gòu)

3.1　主電路單元

　　磁放大器的主電路結(jié)構(gòu)如圖2所示，在電路中采用單端正極結(jié)構(gòu)，根據(jù)單端正極電路結(jié)構(gòu)的基本原理可知，Q1的占空比不能超過0.5，而且變壓器復(fù)位線圈的匝數(shù)應(yīng)該與線圈的匝數(shù)相等，以免使主變壓器發(fā)生階梯式趨向飽和現(xiàn)象。

圖2　多組輸出主電路圖
　　從圖2中，可以看出：當(dāng)Q1導(dǎo)通期間，通過控制磁放大器磁的飽和時刻來控制磁放大器的“導(dǎo)通”時刻。當(dāng)Q1關(guān)斷時，磁放大器退出飽和，即“關(guān)斷”狀態(tài)。磁放大器MA的工作波形如圖3所示。

圖3 磁放大器MA工作波形
　　圖中：――Q1的開通時間；
　　――磁放大器的飽和時間，即“導(dǎo)通時間”；
　　――磁放大器死區(qū)時間；
　　T――整個回路的工作周期

3.2 控制電路單元

　　本設(shè)計(jì)中磁放大器控制電路所用的控制芯片為TI公司的UC3838A。這是一塊專用的磁放大器控制芯片，其復(fù)位電流達(dá)100mA，可以使整個磁放大器的輸出電流達(dá)到20A。此芯片內(nèi)部含有兩個運(yùn)算放大器，一個用于穩(wěn)壓，另一個可以用于限流?？刂齐娐啡鐖D4所示：

圖4　磁放大器控制電路
　　在圖4中，控制芯片UC3838A的第9腳輸出2.5V的標(biāo)準(zhǔn)電壓作為誤差放大器與電流檢測放大器的基準(zhǔn)信號。輸出電壓反饋信號是通過采樣電阻R5、R6的分壓所得，與基準(zhǔn)電壓相比較來控制輸出電壓的大小。電流反饋信號則是通過采樣電阻R7所獲取,先經(jīng)過一個運(yùn)算放大器，將采樣電流負(fù)反饋信號放大到一個合適的電平，再送到UC3838A的第3腳，與基準(zhǔn)電壓相比較，以進(jìn)行限流。此放大器是用LM358所構(gòu)成的同相比例放大器，其電路圖見圖4中IC2部分，根據(jù)模擬電子技術(shù)知識可知，LM358的輸出電壓為，而等于采樣電阻R7與輸出電流的乘積。
　　控制電路中元件選擇如下：D1、D2選用UES2403,D3選擇UES1003，限流電阻R12為300#8486;，采樣電阻R7選用0.02#8486;,分壓電阻R5,R6用2.5K#8486;,R1為1K，R2為11K#8486;，R3為100#8486;，L1為100micro;H，C1為1000micro;F/12V。