基于磁放大器的ATX電源的設計

3 3．3V磁放大器穩壓電路的設計
PC開關電源中的3．3V磁放大器穩壓電路如圖3所示。磁放大器由取樣電路(R24和R26)、可調式精密并聯穩壓器(TL43 1)、磁復位控制電路(3A／40V的PNP功率管TIP32)、可控磁飽和電感器(L4)等構成。3．3V電壓經過R24和R26分壓后獲得取樣電壓UO，接至TL431的輸出電壓設定端(UREF)，與TL43 1中的2．5V帶隙基準電壓進行比較后獲得誤差電壓Ur，經R27加到VT2的基極上，VT2的集電極電流經過超快恢復二極管VD9(UF4002)流到L4的右端。輸出整流管和續流二極管公用一只由安森美公司生產的MBR2045型20A／45V肖特基對管VD7，內含整流管VD7a和續流二極管VD7b。C14為輸出濾波電容器。由L6、C15構成后置濾波器。

現對磁放大器的工作原理分析如下：當單片開關電源內部的MOSFET導通時，輸出整流管VD7a截止，VD7b導通，由儲存在C14、C15上的電能繼續給負載供電。此時L4對高頻開關電流呈高阻抗。當MOSFET關斷時，VD7a并不立即導通，而是經過一段延遲時間才能導通。由于磁復位電流的存在，二次繞組的正向電流必須先將磁復位電流抵消掉，L2上才能流過正向電流，使L2進入磁飽和狀態并呈現低阻抗，進而VD7a導通。磁復位的持續時間即阻斷輸出的延遲時間。此后輸出被接通，除給負載供電之外，還有一部分能量儲存在輸出濾波電容器C14、C15中，以便在VD7a截止時能維持輸出電壓不變。
舉例說明，當負載突然變輕而導致UO1(3．3V)輸出電壓升高時，取樣電壓UQ也隨之升高，進而使誤差電壓Ur升高。Ur經過VT2、VD9輸出的磁復位電流增大，使磁復位時間延長，輸出脈沖寬度減小，使UO1又降至3．3V。反之亦然。因此，磁放大器可等效于一個脈寬調制器，通過精細調節脈沖寬度，可達到精密穩壓目的。這就是磁放大器的穩壓原理。
傳統的鐵氧體磁心采用晶態結構的材料，其原子在三維空間內做有序排列而形成點陣結構。而非晶態合金是指物質從液態(或氣態)急速冷卻時，因來不及結晶而在常溫下原子呈無序排列狀態。非晶態合金的制造工序簡單，節能效果顯著，它屬于新型綠色環保材料。非晶態合金具有高磁導率、高矩形比、磁心損耗低、高溫穩定性好等優點，這種材料適合制作可控磁飽和電感器，用于計算機的ATX電源中。
L4采用美國Metglas公司生產的MP1305P4AS型高性能非晶態合金磁環，用φ0．10mm漆包線均勻繞制7匝。常用非晶態磁環典型產品的主要參數見附表。MP1 305P4AS型號中的“13”代表外徑為1 3mm(標稱值)， “5”代表高度為5mm(標稱值)。其磁路長度為3．46cm，有效橫截面積為0．057cm2，質量為1．50g，飽和磁通密度為0．57T，矩形比為0．86，電阻率為0．142μΩ?cm，磁心損耗為318mW，長期工作溫度120℃，居里點溫度為225℃(超過此溫度時磁滯現象會消失)。
MP1 305P4AS的B-H曲線(亦稱磁滯回線)如圖4所示，B代表磁通密度(單位是T)，H代表磁場強度(單位是A／m)，圖中的實線和虛線分別對應于100kHz、200kHz開關頻率。

4 145W多路輸出式PC開關電源的主電路設計
由單片開關電源集成電路TOP247Y構成145W多路輸出式PC開關電源的主電路如圖5所示。交流輸入電壓范圍是90～1 30V(典型值為110V)或180～265V(典型值為220V)。3路輸出分別為UO1(+1 2V，4．75A)；UO2(+5V，1 1A)，UO3(+3．3V，10A)。為了能與AT電源兼容，高頻變壓器并沒有專門的+3．3V繞組，而是利用5V繞組電壓，通過外部磁放大器電路獲得+3．3V輸出，這樣可簡化高頻變壓器的設計。利用磁放大器還能進一步提高了穩壓性能。總輸出功率為145W，峰值輸出功率可達160W。增加了遙控通／斷電路，能遠程控制開關電源的通、斷狀態。其電源效率η≥71％。當輸入功率僅為0．91W時，輸出功率可達0．5W，其功耗僅為0．41W，符合在這種情況下電源功耗不得超過1W的規定。S為110V／220V交流輸入電壓選擇開關。利用晶體管VT2、VT3、電阻R1、R2、R3、R5和R6來代替均衡電阻，構成濾波電容C2、C3的均壓電路。