隨著電子技術(shù)的發(fā)展,電子產(chǎn)品和系統(tǒng)的供電電源越來(lái)越復(fù)雜:供電電源的電壓路數(shù)增多;每一路電壓的穩(wěn)壓精度要求越來(lái)越高。一般的開關(guān)穩(wěn)壓電源,只有一個(gè)次級(jí)輸出電壓是通過(guò)初級(jí)電壓進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)的,其它的次級(jí)輸出電壓都保持開環(huán)狀態(tài)。這些輸出電壓的動(dòng)態(tài)特性由負(fù)載以及初級(jí)輸入電壓所決定。要控制彼此獨(dú)立的、不同的各路輸出電壓,就要運(yùn)用不同的調(diào)節(jié)原理。高頻磁放大器穩(wěn)壓器以其低成本、高效率、高穩(wěn)壓精度而又可靠的解決方案,在多路輸出的穩(wěn)壓電源中得到了廣泛應(yīng)用。
目前的高頻磁放大器穩(wěn)壓器的輸出功率范圍介于20W到1500W,輸出電流范圍介于1A到30A,輸出電壓可低到33V,29V,完全可適應(yīng)現(xiàn)在低工作電壓的半導(dǎo)體器件的需要。
2高頻磁放大器穩(wěn)壓器工作原理
磁放大器穩(wěn)壓器是通過(guò)調(diào)節(jié)主變壓器次級(jí)側(cè)的脈沖寬度來(lái)達(dá)到輸出穩(wěn)壓的目的。一個(gè)典型的正激變換器的二次側(cè)磁放大器穩(wěn)壓器的原理圖如圖1所示。
由圖1可見,磁放大器穩(wěn)壓器中的關(guān)鍵部件是控制功率電感L和復(fù)位控制電路。控制電感是由具有矩形BH貼片電感生產(chǎn)商回線的磁芯及其上的一個(gè)繞組組成。該繞組兼起工作繞組和控制繞組的作用。磁芯的工作點(diǎn)如圖2所示。
由圖2可見,當(dāng)磁芯工作于點(diǎn)①時(shí),磁芯飽和,控制電感的阻抗|Z|接近于0,控制電感器相當(dāng)于短路。當(dāng)磁芯工作于點(diǎn)②時(shí),磁芯處于復(fù)位狀態(tài)。復(fù)位(Reset)是指磁通到達(dá)飽和后的去磁過(guò)程,使磁通或磁密回到原來(lái)工作點(diǎn)的數(shù)值,稱為磁通復(fù)位。由于磁放大器穩(wěn)壓器所用磁芯材料的特點(diǎn)(良好的矩形BH回線及高的磁導(dǎo)率)以及開關(guān)電源工作于高頻(100kHz左右),使得此時(shí)的控制電感對(duì)輸入脈沖呈現(xiàn)高阻抗,相當(dāng)于控制電感開路。實(shí)際上,飽和和復(fù)位時(shí)控制電感的阻抗可達(dá)到3~4個(gè)數(shù)量級(jí)的快速變化。圖3示出了當(dāng)磁芯模壓電感公司材料為鈷基非晶態(tài)合金時(shí),繞組電感L隨直流控制電流Ide的變動(dòng)而變化的特性。因此,控制電感相當(dāng)于一只“可控磁開關(guān)”,其輸入脈沖電壓由開關(guān)電源高頻變壓器副邊供給,正半周脈沖前沿時(shí)間由初級(jí)主開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間決定,脈沖幅值為u1。正半周期D1,D3截止,D2正偏,能量經(jīng)過(guò)控制電感L1傳輸給負(fù)載,負(fù)半周期D2截止,復(fù)位電壓(也是控制電壓)Uc使D1導(dǎo)通,磁芯去磁。
圖4表示了穩(wěn)壓器的工作情況。假定輸出電壓UO1為3V,輸入脈沖幅值u1為10V,占空比為50%,脈沖周期為20μs。
設(shè)在t=0時(shí)刻以前,由于控制電感L1飽和,u3為+10V;在t=0時(shí),u1變負(fù),設(shè) Uc=-6V,前半周期0~10μs內(nèi),u1一直保持-10V,在這一段時(shí)間內(nèi),控制電感一直處于復(fù)位區(qū)?,其特性可用?的面積SA(伏秒積數(shù))表示:
SA=4×10=40Vμs
在這一段時(shí)間內(nèi),控制電感L1作為一個(gè)高阻抗的電感,阻止電流流過(guò)它,保持u2=0,直到t=10μs時(shí)。
當(dāng)t=10μs時(shí),u1變?yōu)椋?0V,使控制電感進(jìn)入飽和狀態(tài)區(qū)?。這一時(shí)間間隔為4μs,它與+10V的乘積SB等于SA,即:
SB=10×4=40Vμs
因此有UO1=u1Ton/T=10×(6/20)=3V(DC)
圖1電路的各點(diǎn)波形如圖5所示。