基于磁放大器的大電流多輸出開(kāi)關(guān)穩壓電源的研究

1 引言
　　現有開(kāi)關(guān)電源一般采用電壓負反饋的方式來(lái)進(jìn)行穩壓，但是這種方式只適合單輸出開(kāi)關(guān)穩壓電源。然而對于大電流多輸出開(kāi)關(guān)電源，采用電壓負反饋的方式不能實(shí)現多組輸出電壓的校正，因此不能獲得多組輸出電壓的穩定。本文中采用了后相校正器中的一種，即磁放大器來(lái)實(shí)現開(kāi)關(guān)電源中多組輸出電壓（本文中采用的是兩組輸出電壓）的穩定。本文中我們所設計的開(kāi)關(guān)電源主輸出電壓是24V，電流是6A；輔助輸出電壓是5.0V，輸出電流為10A。
　　本設計在實(shí)驗室試驗成功，并已應用于生產(chǎn)。

2 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(xiàn)圈所構成，當線(xiàn)圈流經(jīng)電流超過(guò)一定值時(shí)，磁芯便達到飽和，因此磁阻相當小，相當于短路。當流經(jīng)線(xiàn)圈的電流低于這個(gè)值時(shí)，磁芯便退出飽和，由于磁芯是高導磁材料鎳、鐵、鉬的合金構成，因此線(xiàn)圈間的阻抗相當大，相當于斷路。從上分析可知：磁放大器實(shí)際上類(lèi)似于一個(gè)占空比可調的開(kāi)關(guān)。該磁芯的磁滯回線(xiàn)如圖1所示：

圖1　鎳、鐵、鉬合金磁芯的磁滯回線(xiàn)

3 磁放大器結構

3.1　主電路單元

　　磁放大器的主電路結構如圖2所示，在電路中采用單端正極結構，根據單端正極電路結構的基本原理可知，Q1的占空比不能超過(guò)0.5，而且變壓器復位線(xiàn)圈的匝數應該與線(xiàn)圈的匝數相等，以免使主變壓器發(fā)生階梯式趨向飽和現象。

圖2　多組輸出主電路圖
　　從圖2中，可以看出：當Q1導通期間，通過(guò)控制磁放大器磁的飽和時(shí)刻來(lái)控制磁放大器的“導通”時(shí)刻。當Q1關(guān)斷時(shí)，磁放大器退出飽和，即“關(guān)斷”狀態(tài)。磁放大器MA的工作波形如圖3所示。

圖3 磁放大器MA工作波形
　　圖中：――Q1的開(kāi)通時(shí)間；
　　――磁放大器的飽和時(shí)間，即“導通時(shí)間”；
　　――磁放大器死區時(shí)間；
　　T――整個(gè)回路的工作周期

3.2 控制電路單元

　　本設計中磁放大器控制電路所用的控制芯片為T(mén)I公司的UC3838A。這是一塊專(zhuān)用的磁放大器控制芯片，其復位電流達100mA，可以使整個(gè)磁放大器的輸出電流達到20A。此芯片內部含有兩個(gè)運算放大器，一個(gè)用于穩壓，另一個(gè)可以用于限流?？刂齐娐啡鐖D4所示：

圖4　磁放大器控制電路
　　在圖4中，控制芯片UC3838A的第9腳輸出2.5V的標準電壓作為誤差放大器與電流檢測放大器的基準信號。輸出電壓反饋信號是通過(guò)采樣電阻R5、R6的分壓所得，與基準電壓相比較來(lái)控制輸出電壓的大小。電流反饋信號則是通過(guò)采樣電阻R7所獲取,先經(jīng)過(guò)一個(gè)運算放大器，將采樣電流負反饋信號放大到一個(gè)合適的電平，再送到UC3838A的第3腳，與基準電壓相比較，以進(jìn)行限流。此放大器是用LM358所構成的同相比例放大器，其電路圖見(jiàn)圖4中IC2部分，根據模擬電子技術(shù)知識可知，LM358的輸出電壓為，而等于采樣電阻R7與輸出電流的乘積。
　　控制電路中元件選擇如下：D1、D2選用UES2403,D3選擇UES1003，限流電阻R12為300#8486;，采樣電阻R7選用0.02#8486;,分壓電阻R5,R6用2.5K#8486;,R1為1K，R2為11K#8486;，R3為100#8486;，L1為100micro;H，C1為1000micro;F/12V。