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磁放大器稳压器中控制电感的设计

导读: 随着电子技术的发展,电子产品和系统的供电电源越来越复杂:供电电源的电压路数增多;每一路电压的稳压精度要求越来越高。一般的开关稳压电源,只有一个次级输出电压是通过初级电压进行闭环调节的,其它的次级输出电压都保持开环状态。

  1引言

  随着电子技术的发展,电子产品和系统的供电电源越来越复杂:供电电源的电压路数增多;每一路电压的稳压精度要求越来越高。一般的开关稳压电源,只有一个次级输出电压是通过初级电压进行闭环调节的,其它的次级输出电压都保持开环状态。这些输出电压的动态特性由负载以及初级输入电压所决定。要控制彼此独立的、不同的各路输出电压,就要运用不同的调节原理。高频磁放大器稳压器以其低成本、高效率、高稳压精度而又可靠的解决方案,在多路输出的稳压电源中得到了广泛应用。

  目前的高频磁放大器稳压器的输出功率范围介于20W到1500W,输出电流范围介于1A到30A,输出电压可低到33V,29V,完全可适应现在低工作电压的半导体器件的需要。

  2高频磁放大器稳压器工作原理

  磁放大器稳压器是通过调节主变压器次级侧的脉冲宽度来达到输出稳压的目的。一个典型的正激变换器的二次侧磁放大器稳压器的原理图如图1所示。

  

  由图1可见,磁放大器稳压器中的关键部件是控制电感L和复位控制电路。控制电感是由具有矩形BH回线的磁芯及其上的一个绕组组成。该绕组兼起工作绕组和控制绕组的作用。磁芯的工作点如图2所示。

  由图2可见,当磁芯工作于点①时,磁芯饱和,控制电感的阻抗|Z|接近于0,控制电感器相当于短路。当磁芯工作于点②时,磁芯处于复位状态。复位(Reset)是指磁通到达饱和后的去磁过程,使磁通或磁密回到原来工作点的数值,称为磁通复位。由于磁放大器稳压器所用磁芯材料的特点(良好的矩形BH回线及高的磁导率)以及开关电源工作于高频(100kHz左右),使得此时的控制电感对输入脉冲呈现高阻抗,相当于控制电感开路。实际上,饱和和复位时控制电感的阻抗可达到3~4个数量级的快速变化。图3示出了当磁芯材料为钴基非晶态合金时,绕组电感L随直流控制电流Ide的变动而变化的特性。因此,控制电感相当于一只“可控磁开关”,其输入脉冲电压由开关电源高频变压器副边供给,正半周脉冲前沿时间由初级主开关导通时间决定,脉冲幅值为u1。正半周期D1,D3截止,D2正偏,能量经过控制电感L1传输给负载,负半周期D2截止,复位电压(也是控制电压)Uc使D1导通,磁芯去磁。

  

        图4表示了稳压器的工作情况。假定输出电压UO1为3V,输入脉冲幅值u1为10V,占空比为50%,脉冲周期为20μs。

        设在t=0时刻以前,由于控制电感L1饱和,u3为+10V;在t=0时,u1变负,设 Uc=-6V,前半周期0~10μs内,u1一直保持-10V,在这一段时间内,控制电感一直处于复位区?,其特性可用?的面积SA(伏秒积数)表示:

  SA=4×10=40Vμs

  在这一段时间内,控制电感L1作为一个高阻抗的电感,阻止电流流过它,保持u2=0,直到t=10μs时。

  当t=10μs时,u1变为+10V,使控制电感进入饱和状态区?。这一时间间隔为4μs,它与+10V的乘积SB等于SA,即:

  SB=10×4=40Vμs

  因此有UO1=u1Ton/T=10×(6/20)=3V(DC)

  图1电路的各点波形如图5所示。

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