可飽和電感特性及開(kāi)關(guān)噪聲抑制作用
4 可飽和電感在磁放大器穩(wěn)壓技術(shù)中的應(yīng)用
磁放大器穩(wěn)壓是利用可飽和電感導(dǎo)通延時(shí)的物理特性來(lái)控制開(kāi)關(guān)電源的占空比和輸出功率,穩(wěn)定電源輸出電壓的一種方法。在可飽和電感上加上適當(dāng)?shù)牟蓸雍涂刂圃?,調(diào)節(jié)其導(dǎo)通延時(shí)的時(shí)間,就可以構(gòu)成最常見(jiàn)的磁放大器穩(wěn)壓電路。圖5是一個(gè)輸入為110Vac~220Vac/50HZ,輸出為5Vdc/20A,12Vdc/10A的雙管正激開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源,其中5V是主控回路。其輔路12V輸出電流較大,對(duì)穩(wěn)壓精度和負(fù)載穩(wěn)定度都有較高要求,采用普通的方法穩(wěn)壓效果都不是很理想,如果采用磁放大器穩(wěn)壓技術(shù)就可圓滿(mǎn)解決這一問(wèn)題,使穩(wěn)壓電路的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,耗散功率小,并可達(dá)到毫伏級(jí)的穩(wěn)壓精度。
110Vac~220Vac/50HZ輸入經(jīng)有源功率因數(shù)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(jí)上,次級(jí)繞組N1輸出峰值為20V、占空比約為25%的方波電壓,次級(jí)繞組N2的輸出峰值電壓為50V。在加入磁放大器穩(wěn)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(mǎn)載而12V空載時(shí),由于輔路沒(méi)有死負(fù)載放電回路,實(shí)際輸出電壓還會(huì)高得多。加入磁放大器穩(wěn)壓電路后,由于它的調(diào)節(jié)作用,輔路在任何負(fù)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(wěn)壓電路的工作原理,穩(wěn)壓過(guò)程中可飽和電感Ls的磁感應(yīng)強(qiáng)度變化曲線仍可由圖4表示。
當(dāng)初級(jí)功率管V1和V2截止時(shí),次級(jí)二極管D1反向截止,二極管D2導(dǎo)通續(xù)流,儲(chǔ)能電感L1釋放能量,電源的輔路處于關(guān)斷狀態(tài),此時(shí),一個(gè)毫安級(jí)的小電流If經(jīng)Q1、D3流入可飽和電感Ls,在Ls中產(chǎn)生了附加磁感應(yīng)強(qiáng)度B0,B0位于磁滯回線的V點(diǎn)。在功率管V1和V2重新導(dǎo)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(xù)流的作用,電源的輔路仍處于關(guān)斷狀態(tài)。只有在經(jīng)過(guò)DT的延時(shí)時(shí)間后,當(dāng)D1中的電流增加到了一定數(shù)值,Ls中的磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到了飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度BS(A點(diǎn))時(shí),Ls才會(huì)立即飽和,D1中的電流迅速增加,D2迅速截止,儲(chǔ)能電感L1進(jìn)入儲(chǔ)能階段,電源的輔路進(jìn)入了導(dǎo)通狀態(tài)。
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(dǎo)通時(shí)間T´ON、占空比a´都較主回路小,通過(guò)對(duì)占空比a´的調(diào)節(jié)最終實(shí)現(xiàn)了輔路輸出穩(wěn)壓的目的。a´具有很大的調(diào)節(jié)范圍,在輔路完全空載時(shí),a´幾乎可以被調(diào)節(jié)至0,從而使輔路具有了很高的負(fù)載穩(wěn)定度和穩(wěn)壓精度。占空比a´可根據(jù)下式計(jì)算:
a´= T´ON/T=(TON-DT)/T (2)
式中:TON:主回路的導(dǎo)通時(shí)間;T:電源的開(kāi)關(guān)周期; DT:Ls的導(dǎo)通延時(shí)時(shí)間。
可飽和電感的導(dǎo)通延時(shí)時(shí)間DT由附加磁感應(yīng)強(qiáng)度B0、電流If等確定,B0、If由采樣控制電路根據(jù)輸出電壓的大小自動(dòng)調(diào)節(jié)。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(yīng)強(qiáng)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(shù);
Vin:加在可飽和電感兩端的電壓。
在B0=-BS時(shí),DT有最大值DTmax=2N´Ae´BS/Vin;在B0=Br時(shí),DT有最小值DTmin= N´Ae´ (BS-Br)/Vin。If一般設(shè)計(jì)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(dǎo)率;lm:可飽和電感的等效磁路長(zhǎng)度。
基于與正激電源輔路輸出穩(wěn)壓同樣的原理,由兩套磁放大器穩(wěn)壓電路就可以構(gòu)成推挽電源、橋式電源的輔路輸出穩(wěn)壓?jiǎn)卧?。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(wěn)壓?jiǎn)卧?,在這里就不一一贅述。
5 結(jié)束語(yǔ)
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(kāi)關(guān)噪聲抑制作用,重點(diǎn)分析了磁放大器穩(wěn)壓電路的工作原理,并提出了幾個(gè)理論計(jì)算公式。在電源的實(shí)際工程設(shè)計(jì)中,由于供貨廠商通常都會(huì)提供可飽和電感和磁放大器的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)公式,所以實(shí)際設(shè)計(jì)工作還是比較簡(jiǎn)單容易的。磁放大器穩(wěn)壓電路對(duì)于電路參數(shù)的要求并不是十分嚴(yán)格,在正常情況下都可以取得非常良好的穩(wěn)壓效果。
評(píng)論