磁放大器的典型應用電路

開(kāi)關(guān)電源通過(guò)磁放大器能夠得到精確的控制,一次可以提高其穩定性.磁放大器磁芯可以用薄膜合金,鐵氧體或非晶,納米晶(又稱(chēng)超微晶)材料制作.非晶、納米晶軟磁材料因具有高磁導率,高矩形比和理想的高溫穩定性,將其應用于磁放大器中,能提供無(wú)與倫比的輸出調節精確性,并能取得更高的工作效率,因而倍受青睞.非晶、納米晶磁芯除上述特點(diǎn)外還具備以下優(yōu)點(diǎn):

1)飽和磁導率低;

2)矯頑力低;

3)復原電流小;

4)磁芯損耗少;

磁放大輸出穩壓器沒(méi)有采用晶閘管或半導體功率開(kāi)關(guān)管等調壓器件,而是在整流管輸出端串聯(lián)了一個(gè)可飽和扼流圈(如圖1所示),所以它的損耗小.

由圖1可知,磁放大穩壓器的關(guān)鍵是可控飽和電感Lsr和復位電路.可控飽和電感是由具有矩形B?H回線(xiàn)的磁芯及其上的繞組組成,該繞組兼起工作繞組和控制繞組的作用.復位(RESET)是指磁通到達飽和后的去磁過(guò)程,使磁通或磁密回到起始的工作點(diǎn),稱(chēng)為磁通復位.由于磁放大穩壓器所用的磁芯材料的特點(diǎn)(良好的矩形B?H回線(xiàn)及高的磁導率),使得磁芯未飽和時(shí)的可控飽和電感對輸入脈沖呈現高阻抗,相當于開(kāi)路,磁芯飽和時(shí)可控飽和電感的阻抗接近于0,相當于短路.

目前開(kāi)關(guān)電源工作頻率已提到幾百kHz以上,磁放大器在開(kāi)關(guān)電源中的廣泛應用對軟磁材料提出了更高的要求.在如此高的頻率下,坡莫合金由于電阻率太低(約60μΩ·cm)導致渦流損耗太大,造成溫升高,效率降低,采用超薄帶和極薄帶雖能有所改善,但成本將大幅度上升;鐵氧體具有很高的電阻率(大于105μΩ·cm),但其Bs過(guò)低,居里點(diǎn)也太低.由于工作環(huán)境惡劣,對材料的應力敏感性、熱穩定性等都有嚴格要求,上述材料是很難滿(mǎn)足要求的.

圖1磁放大輸出穩壓電路

圖2輔路帶磁放大器的典型應用電路

圖3 完全利用磁放大器的穩壓電路

非晶合金的出現大大豐富了軟磁材料.其中的鈷基非晶合金具有中等的飽和磁感應強度,超微合金具有較高的飽和磁感應強度,它們都具有極低的飽和磁致伸縮系數和磁晶各向異性.鈷基非晶和超微晶在保持高方形比的同時(shí)可以具有很低的高頻損耗,用于高頻磁放大器中,可大大提高電源效率,大幅度減小重量、體積,是理想的高頻磁放大器鐵芯材料.

3 高頻磁放大輸出穩壓器典型應用電路

圖2所示的多路輸出電源,其主路為閉環(huán)反饋PWM控制方式,輔路為磁放大式穩壓電源.由于輔路磁放大輸入電壓波形受控于變壓器主、輔繞組比,以及主路的工作狀態(tài)(主路輸出電壓的高低和主路負載的高低等),所以輔路的交叉負載調整率仍然不能夠達到理想的狀態(tài).

圖3所示是一種完全利用磁放大器穩壓技術(shù)設計的多路輸出穩壓電源.此電源前級為雙變壓器自激功率變換電路,后級多路輸出均為磁放大器穩壓電路.并且各路之間無(wú)關(guān),前后級之間無(wú)反饋,無(wú)脈寬調制器(PWM).

此電路的優(yōu)點(diǎn)如下:

1)電路結構簡(jiǎn)單,使用元器件數量少,除了兩只功率管以外,其它元器件均是永久性或半永久性的,可靠性極高,制作也很方便;

2)電路中沒(méi)有隔離反饋放大器,因此調整極其容易,而且一旦調整好后就無(wú)須維護,前級變換功率取決于后級總輸出功率;

3)各路的輸出特性相互獨立,獨自調整穩壓,無(wú)主、輔路之分,所以,各輸出電路的負載調整率的交叉負載調整率都非常理想,小于0?5%;

4)磁放大器在功率開(kāi)通瞬間,處于“開(kāi)路”狀態(tài),功率管在此刻的導通電流趨近于零,因而,損耗減到了最低限度,這有利于變換器的高頻化和高效率;

5)由于前級功率變換器為不調寬的純正方波,以及后級接了磁放大器,這樣可以大幅度地降低輸出紋波的峰-峰值,普通PWM型電源的輸出紋波大約為輸出電壓標稱(chēng)值的1%左右,而采取帶磁放大器的整流電路,紋波的峰-峰值可比較容易地降低到0.1%左右.

上述磁放大型穩壓電源的綜合電特性都是其它PWM隔離負反饋多路電源所無(wú)法比似的.尤其對多路電源實(shí)際應用來(lái)講,可以對電源內部特性和電子系統的負載特性不予考慮,拿來(lái)就能使用,用上就無(wú)問(wèn)題.但是,現代磁放大型穩壓電源還存在如下一些問(wèn)題,有待解決.

1)電路形式需進(jìn)一步完善(尤其是電源前級功率變換電路),應加入過(guò)、欠壓保護,過(guò)流、短路保護,電源使能端.

2)進(jìn)一步提高工作頻率,以便減小體積.

3)進(jìn)一步提高效率,減小磁損.