可飽和電感與磁放大器的聯合應用
可飽和電感與磁放大器聯合應用的方式之一,是磁放大器的穩壓利用了可飽和電感導通延時的物理特性,控制開關轉換器的占空比和輸出功率來穩定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1所示是一個輸人為110~220V交流50 Hz電壓,輸出為直流5v/20A,12V/10A的雙管正激式開關電源的電路。其中,5V/20A是主控回路,其輔助輸出12v/1OA的電路因輸出電流較大,對穩壓精度和負載穩定度都有較高的要求,采用普通的方法穩壓效果都不是很理想的。如果采用磁放大器穩壓技術就可以圓滿地解決這一問題,使穩壓電路的結構簡單,耗散功率小,并可以達到毫伏級的穩壓精度。
圖1 雙管正激式開關穩壓電源電路圖
110~220V交流50Hz輸入經過有源功率困數校正電路提升電壓后,輸出400V的直流電壓加在功率模塊的初級上,次級繞組W1輸出峰值為20V,占空比約為25%的方波電壓,次級繞組W2的輸出峰值電壓為50V。在加人磁放大器穩壓電路(見圖⒍62中虛線框內部分)前,輔助電路12V處的輸出電壓U2=50V×0.25=12.5V,在5V滿載而12V空載時,由于輔助輸出電路沒有死負載放電回路,實際輸出電壓還會高得多。加人磁放大器穩壓電路后,由于它的調節作用,輔助輸出電路在任何負載條件下都可以得到理想的12V輸出電壓。下面介紹磁放大器穩壓電路的工作原理,穩壓過程中可飽和電感壇的磁感應強度變化曲線仍可由圖1 表示。
初級功率開關管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,電源的輔助輸出電路處于關斷狀態,此時,一個毫安級的小電流If經過V3,D3流入可飽和電感Ls,在Ls中產生了附加磁感應強度B。,B。位于磁滯回線的C點。在功率開關管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,碭仍起著續流的作用,電源的輔助輸出電路仍處于關斷狀態。只有在經過△T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,L1才能立即飽和,D1中的電流迅速增加,碭迅速截止,儲能電感L1進人儲能階段,電源的輔助輸出電路進人導通狀態。
由上面的分析可知,由于可飽和電感Ls的接人,使得輔助輸出電路的導通時間Ls占空比Du,都較主輸出電路小,通過對占空比Du,的調節最終實現了輔助輸出電路的穩壓目的。Du.具有很大的調節范圍,在輔助輸出電路完全空載時,Du,幾乎可以被調節到零,從而使輔助輸出電路具有了很高的負載穩定度和穩壓精度。占空比Du,可以根據下式進行計算
式中TON——主輸出電路的導通時間;.
T——電源的開關周期; |
△T——Ls的導通延時時間。
可飽和電感的導通延時時間△T由附加磁感應強度Bo電流If等確定,Bo、If由采樣控制電路根據輸出電壓的大小自動調節。△T由下式計算
△T=WAe(Bs-Bo)/uL
式中 Bs——可飽和電感的飽和磁通密度;
Bo——介于±Bs之間,由工作電流If確定;
Ae——可飽和電感的磁心截面積;
W——可飽和電感的繞組匝數;
Ul——加在可飽和電感兩端的電壓。
在Bo=- Bs時,△T有最大值△Tmax=2WAeBs/UL;在Bo=Br時,△T有最小值△Tmin=wAe(Bs-Br)/UL。If一般設計為幾十毫安,If的近似值由下式計算
式中 He——可飽和電感的矯頑力;
μi——起始磁導率;
lm——可飽和電感的等效磁路長度。
基于與正激電源輔助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、橋式電源的輔助輸出穩壓單元。此外,也可以由磁放大器方便地組成正反混激電源輔助輸出穩壓單元等。
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