可飽和電感特性及開關噪聲抑制作用介紹

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

　　110Vac～220Vac/50HZ輸入經有源功率因數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。加入磁放大器穩壓電路后，由于它的調節作用，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壓電路的工作原理，穩壓過程中可飽和電感Ls的磁感應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導通續流，儲能電感L1釋放能量，電源的輔路處于關斷狀態，此時，一個毫安級的小電流If經Q1、D3流入可飽和電感Ls，在Ls中產生了附加磁感應強度B0，B0位于磁滯回線的V點。在功率管V1和V2重新導通后，由于電感Ls的限流作用，D1中的電流只能緩慢增大，D2仍起著續流的作用，電源的輔路仍處于關斷狀態。只有在經過DT的延時時間后，當D1中的電流增加到了一定數值，Ls中的磁感應強度達到了飽和磁感應強度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通狀態。

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

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

　　式中：TON：主回路的導通時間;T：電源的開關周期; DT：Ls的導通延時時間。

　　可飽和電感的導通延時時間DT由附加磁感應強度B0、電流If等確定，B0、If由采樣控制電路根據輸出電壓的大小自動調節。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;

　　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壓同樣的原理，由兩套磁放大器穩壓電路就可以構成推挽電源、橋式電源的輔路輸出穩壓單元。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壓單元等，在這里就不一一贅述。

　　5　結束語

　　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噪聲抑制作用，重點分析了磁放大器穩壓電路的工作原理，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驗設計公式，所以實際設計工作還是比較簡單容易的。磁放大器穩壓電路對于電路參數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壓效果。