基于磁放大器的ATX電源的設計

3 3．3V磁放大器穩壓電路的設計
PC開(kāi)關(guān)電源中的3．3V磁放大器穩壓電路如圖3所示。磁放大器由取樣電路(R24和R26)、可調式精密并聯(lián)穩壓器(TL43 1)、磁復位控制電路(3A／40V的PNP功率管TIP32)、可控磁飽和電感器(L4)等構成。3．3V電壓經(jīng)過(guò)R24和R26分壓后獲得取樣電壓UO，接至TL431的輸出電壓設定端(UREF)，與TL43 1中的2．5V帶隙基準電壓進(jìn)行比較后獲得誤差電壓Ur，經(jīng)R27加到VT2的基極上，VT2的集電極電流經(jīng)過(guò)超快恢復二極管VD9(UF4002)流到L4的右端。輸出整流管和續流二極管公用一只由安森美公司生產(chǎn)的MBR2045型20A／45V肖特基對管VD7，內含整流管VD7a和續流二極管VD7b。C14為輸出濾波電容器。由L6、C15構成后置濾波器。

現對磁放大器的工作原理分析如下：當單片開(kāi)關(guān)電源內部的MOSFET導通時(shí)，輸出整流管VD7a截止，VD7b導通，由儲存在C14、C15上的電能繼續給負載供電。此時(shí)L4對高頻開(kāi)關(guān)電流呈高阻抗。當MOSFET關(guān)斷時(shí)，VD7a并不立即導通，而是經(jīng)過(guò)一段延遲時(shí)間才能導通。由于磁復位電流的存在，二次繞組的正向電流必須先將磁復位電流抵消掉，L2上才能流過(guò)正向電流，使L2進(jìn)入磁飽和狀態(tài)并呈現低阻抗，進(jìn)而VD7a導通。磁復位的持續時(shí)間即阻斷輸出的延遲時(shí)間。此后輸出被接通，除給負載供電之外，還有一部分能量?jì)Υ嬖谳敵鰹V波電容器C14、C15中，以便在VD7a截止時(shí)能維持輸出電壓不變。
舉例說(shuō)明，當負載突然變輕而導致UO1(3．3V)輸出電壓升高時(shí)，取樣電壓UQ也隨之升高，進(jìn)而使誤差電壓Ur升高。Ur經(jīng)過(guò)VT2、VD9輸出的磁復位電流增大，使磁復位時(shí)間延長(cháng)，輸出脈沖寬度減小，使UO1又降至3．3V。反之亦然。因此，磁放大器可等效于一個(gè)脈寬調制器，通過(guò)精細調節脈沖寬度，可達到精密穩壓目的。這就是磁放大器的穩壓原理。
傳統的鐵氧體磁心采用晶態(tài)結構的材料，其原子在三維空間內做有序排列而形成點(diǎn)陣結構。而非晶態(tài)合金是指物質(zhì)從液態(tài)(或氣態(tài))急速冷卻時(shí)，因來(lái)不及結晶而在常溫下原子呈無(wú)序排列狀態(tài)。非晶態(tài)合金的制造工序簡(jiǎn)單，節能效果顯著(zhù)，它屬于新型綠色環(huán)保材料。非晶態(tài)合金具有高磁導率、高矩形比、磁心損耗低、高溫穩定性好等優(yōu)點(diǎn)，這種材料適合制作可控磁飽和電感器，用于計算機的ATX電源中。
L4采用美國Metglas公司生產(chǎn)的MP1305P4AS型高性能非晶態(tài)合金磁環(huán)，用φ0．10mm漆包線(xiàn)均勻繞制7匝。常用非晶態(tài)磁環(huán)典型產(chǎn)品的主要參數見(jiàn)附表。MP1 305P4AS型號中的“13”代表外徑為1 3mm(標稱(chēng)值)， “5”代表高度為5mm(標稱(chēng)值)。其磁路長(cháng)度為3．46cm，有效橫截面積為0．057cm2，質(zhì)量為1．50g，飽和磁通密度為0．57T，矩形比為0．86，電阻率為0．142μΩ?cm，磁心損耗為318mW，長(cháng)期工作溫度120℃，居里點(diǎn)溫度為225℃(超過(guò)此溫度時(shí)磁滯現象會(huì )消失)。
MP1 305P4AS的B-H曲線(xiàn)(亦稱(chēng)磁滯回線(xiàn))如圖4所示，B代表磁通密度(單位是T)，H代表磁場(chǎng)強度(單位是A／m)，圖中的實(shí)線(xiàn)和虛線(xiàn)分別對應于100kHz、200kHz開(kāi)關(guān)頻率。

4 145W多路輸出式PC開(kāi)關(guān)電源的主電路設計
由單片開(kāi)關(guān)電源集成電路TOP247Y構成145W多路輸出式PC開(kāi)關(guān)電源的主電路如圖5所示。交流輸入電壓范圍是90～1 30V(典型值為110V)或180～265V(典型值為220V)。3路輸出分別為UO1(+1 2V，4．75A)；UO2(+5V，1 1A)，UO3(+3．3V，10A)。為了能與AT電源兼容，高頻變壓器并沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的+3．3V繞組，而是利用5V繞組電壓，通過(guò)外部磁放大器電路獲得+3．3V輸出，這樣可簡(jiǎn)化高頻變壓器的設計。利用磁放大器還能進(jìn)一步提高了穩壓性能?？傒敵龉β蕿?45W，峰值輸出功率可達160W。增加了遙控通／斷電路，能遠程控制開(kāi)關(guān)電源的通、斷狀態(tài)。其電源效率η≥71％。當輸入功率僅為0．91W時(shí)，輸出功率可達0．5W，其功耗僅為0．41W，符合在這種情況下電源功耗不得超過(guò)1W的規定。S為110V／220V交流輸入電壓選擇開(kāi)關(guān)。利用晶體管VT2、VT3、電阻R1、R2、R3、R5和R6來(lái)代替均衡電阻，構成濾波電容C2、C3的均壓電路。