可饱和电感在磁放大器稳压技术中的应用

     磁放大器稳压是利用可饱和电感导通延时的物理特性来控制开关电源的占空比和输出功率，稳定电源输出电压的一种方法。在可饱和电感上加上适当的采样和控制元件，调节其导通延时的时间，就可以构成常见的磁放大器稳压电路。图2是一个输入为110Vac～220Vac/50HZ，输出为5Vdc/20A，12Vdc/10A的双管正激开关稳压电源，其中5V是主控回路。其辅路12V输出电流较大，对稳压和负载稳定度都有较高要求，采用普通的方法稳压效果都不是很理想，如果采用磁放大器稳压技术就可圆满解决这一问题，使稳压电路的结构简单，耗散功率小，并可达到毫伏级的稳压。

图1   可饱和电感Ls的磁感应强度变化曲线

图2 双管正激开关稳压电源电路原理图

　　110Vac～220Vac/50HZ输入经有源功率因数校正电路提升电压后，输出400Vdc的直流电压加在功率模块初级上，次级绕组N1输出峰值为20V、占空比约为25%的方波电压，次级绕组N2的输出峰值电压为50V。在加入磁放大器稳压电路前(图2中虚线框部分)，辅路12V处的输出电压V2?50V´0.25=12.5V，在5V满载而12V空载时，由于辅路没有死负载放电回路，实际输出电压还会高得多。加入磁放大器稳压电路后，由于它的调节作用，辅路在任何负载条件下都可以得到理想的12V输出电压。下面分析磁放大器稳压电路的工作原理，稳压过程中可饱和电感Ls的磁感应强度变化曲线仍可由图1表示。

　　当初级功率管V1和V2截止时，次级二极管D1反向截止，二极管D2导通续流，储能电感L1释放能量，电源的辅路处于关断状态，此时，一个毫安级的小电流If经Q1、D3流入可饱和电感Ls，在Ls中产生了附加磁感应强度B0，B0位于磁滞回线的V点。在功率管V1和V2重新导通后，由于电感Ls的限流作用，D1中的电流只能缓慢增大，D2仍起着续流的作用，电源的辅路仍处于关断状态。只有在经过DT的延时时间后，当D1中的电流增加到了一定数值，Ls中的磁感应强度达到了饱和磁感应强度BS(A点)时，Ls才会立即饱和，D1中的电流迅速增加，D2迅速截止，储能电感L1进入储能阶段，电源的辅路进入了导通状态。

　　由上面的分析可知，由于可饱和电感Ls的插入，使得辅路的导通时间T´ON、占空比a´都较主回路小，通过对占空比a´的调节终实现了辅路输出稳压的目的。a´具有很大的调节范围，在辅路完全空载时，a´几乎可以被调节至0，从而使辅路具有了很高的负载稳定度和稳压。占空比a´可根据下式计算：

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

　　式中：TON：主回路的导通时间;T：电源的开关周期; DT：Ls的导通延时时间。

　　可饱和电感的导通延时时间DT由附加磁感应强度B0、电流If等确定，B0、If由采样控制电路根据输出电压的大小自动调节。DT由下式给出：

　　DT=N´Ae´(BS-B0)/Vin　　　　　　　　　　　　　　(3)

　　式中：BS：可饱和电感的饱和磁感应强度;　　B0：介于±BS之间，由工作电流If确定;

　　Ae：可饱和电感的截面积;　　　　　　N：可饱和电感的线圈匝数;

　　Vin：加在可饱和电感两端的电压。

　　在B0=-BS时，DT有值DTmax=2N´Ae´BS/Vin;在B0=Br时，DT有值DTmin= N´Ae´ (BS-Br)/Vin。If一般设计为几十毫安，If的近似值由下式给出：

　　If ´(HC- B0/mi）´lm/N　　　　　　　　　　　　　　 (4)

　　式中：HC：可饱和电感的矫顽力;mi：起始磁导率;lm：可饱和电感的等效磁路长度。

　　基于与正激电源辅路输出稳压同样的原理，由两套磁放大器稳压电路就可以构成推挽电源、桥式电源的辅路输出稳压单元。此外，也可以由磁放大器方便地组成正反混激电源辅路输出稳压单元等，在这里就不一一赘述。