摘要:為解決大電流多輸出穩(wěn)壓電源在輸出功率時(shí)其輔助輸出路的穩(wěn)壓和限流較難的問題,利用磁飽和特性,提出一種后相校正技術(shù),并據(jù)此原理設(shè)計(jì)出了一種新型開關(guān)電源裝置.仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該穩(wěn)壓電源的效率達(dá)85%,電壓穩(wěn)定度達(dá)98.5%.將該穩(wěn)壓電源應(yīng)用于實(shí)際工程中,發(fā)現(xiàn)其具有實(shí)用價(jià)值與推廣意義.

關(guān)鍵詞:大電流;開關(guān)電源;磁放大器

目前的開關(guān)電源一般采用電壓負(fù)反饋的方式來進(jìn)行穩(wěn)壓,這種方式只適合單輸出開關(guān)穩(wěn)壓電源.故對(duì)于大電流多輸出開關(guān)電源,采用電壓負(fù)反饋的方式不能實(shí)現(xiàn)多組輸出電壓的校正,因此不能獲得多組輸出電壓的穩(wěn)定.本文采用了一種新型的后相校正器,即磁放大器來實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源中多組輸出電壓(本文中采用的是兩組輸出)的穩(wěn)定.所設(shè)計(jì)的開關(guān)電源主輸出電壓是24v,電流是6a;輔助輸出電壓是510v,輸出電流為10a.主輸出采用電壓負(fù)反饋方式進(jìn)行穩(wěn)壓,輔助輸出采用后相校正方式即磁放大器方式進(jìn)行穩(wěn)壓.

1磁放大器的基本原理

磁放大器是由可飽和磁芯以及磁芯上所繞的線圈構(gòu)成,當(dāng)流經(jīng)線圈的電流超過一定值時(shí),磁芯便達(dá)到飽和,因此磁阻相當(dāng)小,相當(dāng)于“短路”狀態(tài);當(dāng)流經(jīng)線圈的電流低于這個(gè)值時(shí),磁芯便退出飽和.由于磁芯是由高導(dǎo)磁材料鎳、鐵、鉬的合金構(gòu)成,線圈間的阻抗相當(dāng)大,故相當(dāng)于“斷路”狀態(tài).從上述分析可知:磁放大器實(shí)際上類似于一個(gè)占空比可調(diào)的開關(guān).

2磁放大器的電路結(jié)構(gòu)

2.1主電路單元
本文在提出了一種新型的后相校正方法,即基于磁放大器的后相校正方法,主電路如圖1所示.

圖1多組輸出主電路圖

在電路中采用單端正激結(jié)構(gòu),當(dāng)復(fù)位線圈匝數(shù)n_r與初級(jí)線圈匝數(shù)n_p相等時(shí),主開關(guān)管q的占空比不能超過015,且變壓器復(fù)位線圈的匝數(shù)n_r應(yīng)該與線圈n_p的匝數(shù)相等,以免使主變壓器發(fā)生階梯式趨向飽和現(xiàn)象[2].磁放大器ma的工作波形如圖2所示.由圖2可知:在q導(dǎo)通期間,通過控制磁放大器磁的飽和時(shí)刻來控制磁放大器的“導(dǎo)通”時(shí)刻.當(dāng)q關(guān)斷時(shí),磁放大器退出飽和,即進(jìn)入“關(guān)斷”狀態(tài).圖2中:t_h為q的開通時(shí)間,s;t_f為磁放大器的飽和時(shí)間,即“導(dǎo)通”時(shí)間,s;t_b為磁放大器“死區(qū)”時(shí)間,s;t為主電路的一個(gè)工作周期,s.

圖2磁放大器的工作波形

2.2控制電路單元
本設(shè)計(jì)中磁放大器控制電路所用的控制芯片為ti公司的uc3838a.這是一塊專用的磁放大器控制芯片,其復(fù)位電流達(dá)100ma,可以使整個(gè)磁放大器的輸出電流達(dá)到20a.此芯片內(nèi)部含有兩個(gè)運(yùn)算放大器,一個(gè)用于穩(wěn)壓,另一個(gè)用于限流.控制電路如圖3所示.

圖3磁放大器控制電路

在圖3中,控制芯片uc3838a的第9腳輸出215v的標(biāo)準(zhǔn)電壓作為誤差放大器與電流檢測(cè)放大器的基準(zhǔn)信號(hào).輸出電壓反饋信號(hào)是通過采樣電阻r5,r6的分壓所得,與基準(zhǔn)電壓相比較來控制輸出電壓的大小.電流反饋信號(hào)則是通過采樣電阻r7所獲取,先經(jīng)過一個(gè)運(yùn)算放大器,將采樣電流負(fù)反饋信號(hào)放大到一個(gè)合適的電平,再送到uc3838a的第3腳,與基準(zhǔn)電壓相比較,以進(jìn)行限流.此放大器是lm358及外圍電阻所構(gòu)成的同相比例放大器,其電路圖見圖3中ic2部分,根據(jù)模擬電子技術(shù)知識(shí)可知,lm358的輸出電壓為v_o=(1+r₂/r₁)v_in,而vin等于采樣電阻r₇與輸出電流的乘積.

控制電路中元件選擇如下:二極管d₁和d₂選用ues2403,d₃選用ues1003,限流電阻r₁₂為300ω,采樣電阻r₇選用0102ω,分壓電阻r₅和r₆為2500ω,r₁為1000ω,r₂為11000ω,r₃為100ω,l₁為010001h,c₁為0100025f.

3磁放大器穩(wěn)壓和限流的理論分析

假設(shè)主輸出電路中的頻率與占空比保持不變.主輸出回路的穩(wěn)壓與限流原理在此不多加敘述.在輔助輸出電路中,輔助輸出電壓如下式所示.

式中:v_os為輔助回路輸出電壓,v;vd₁為二極管d₁上的壓降,約為1v;n_m為磁放大器的繞組匝數(shù);a_e為磁芯面積,cm²;b_s為飽和磁通密度,t;b₁為起始點(diǎn)磁通密度,t;v_sp為變壓器輔助繞組輸出電壓,v.在q上一個(gè)周期的關(guān)斷瞬間到下一個(gè)周期的導(dǎo)通時(shí)刻,磁芯必須復(fù)位到磁滯回線的起始磁通密度b1(其復(fù)位電流越大,所復(fù)位到的起始磁通密度b₁就越低),以調(diào)整下一個(gè)周期的死區(qū)時(shí)間.磁放大器的磁復(fù)位技術(shù)可分成電壓復(fù)位與電流復(fù)位兩種,本電路中采用了較為簡單的電流磁復(fù)位技術(shù).

電流磁復(fù)位技術(shù)實(shí)質(zhì)就是q關(guān)斷時(shí)刻,給磁放大器輸入一個(gè)反向