磁放大器的基本原理及在多輸出變換器中的應(yīng)用

目前，對(duì)于多輸出的推挽和正激變換器，主輸出（一般是最大電流輸出或5v電壓輸出）一般是采用電壓負(fù)反饋的方式來進(jìn)行穩(wěn)壓。而輔輸出工作在開環(huán)狀態(tài)，其導(dǎo)通時(shí)間受主輸出反饋環(huán)控制。當(dāng)線電壓變化時(shí)，主輸出和輔輸出都能自動(dòng)調(diào)整，但輔輸出對(duì)主輸出負(fù)載變化或輔輸出本身負(fù)載變化都不能很好地調(diào)整。當(dāng)主輸出負(fù)載的變化引起輔輸出電壓改變的現(xiàn)象稱為交叉影響。當(dāng)輸出電壓變化最大時(shí)，輔輸出電壓變化可能高達(dá)80％。這種電源只適用對(duì)輔輸出電壓精度要求不高的情況。當(dāng)需要精確穩(wěn)定的輔輸出時(shí)，一般采用一級(jí)穩(wěn)壓電路方法對(duì)輔輸出再次穩(wěn)壓，而一種更好的解決方案是磁放大器后級(jí)調(diào)節(jié)技術(shù)。本文研究了磁放大器在多輸出變換器中的應(yīng)用。

1，磁放大器的基本原理

磁放大器是利用可飽和磁心特性在這種磁心上繞制線圈而構(gòu)成的。圖（1）所示是一個(gè)典型的方形磁滯回線磁心的磁滯回線曲線圖。

在磁放大器工作過程中，磁心沿著路徑01234567890磁化，從1點(diǎn)到4點(diǎn)變化過程中磁心的磁化位于磁滯線斜率很大的位置，此時(shí)磁心的阻抗很大，此時(shí)磁放大器相當(dāng)于一個(gè)阻斷的開關(guān)。在4點(diǎn)位置磁心飽和阻抗為零，此時(shí)磁放大器相當(dāng)于單刀開關(guān)工作在閉合狀態(tài)。在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，磁心經(jīng)了一個(gè)所謂的最小磁滯回線環(huán)路（01234567790）?？刂崎_關(guān)的開通和關(guān)斷時(shí)間，磁放大器實(shí)質(zhì)等效為一個(gè)占空比可調(diào)的開關(guān)。

2　磁放大器的穩(wěn)壓原理

2.1磁放大器穩(wěn)壓的理論分析

圖（2）所示為一個(gè)帶輔輸出的正激變換器，輔輸出由磁放大器調(diào)節(jié)。圖中的磁放大器相當(dāng)于一個(gè)占空比可以調(diào)節(jié)的開關(guān)S。如果用S來代替磁放大器線圈，圖（3）為開關(guān)管的導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)序圖。

在Q導(dǎo)通期間，通過控制磁放大器磁的飽和時(shí)間來控制磁放大器的“導(dǎo)通”時(shí)間，圖中th為Q的導(dǎo)通時(shí)間，tb為磁放大器阻斷時(shí)間，tf為磁放大器的導(dǎo)通時(shí)間（飽和時(shí)間），T為一個(gè)工作周期。在Q關(guān)斷時(shí)，磁放大器退出飽和，當(dāng)于S關(guān)斷。則可得到主輸出和輔輸出如下：

2.2磁放大器工作狀態(tài)分析：

圖（2）所示的電路有五種工作模式：

假設(shè)：

（1）開關(guān)管Q的導(dǎo)通和關(guān)斷是理想的；

（2）電路的二極管在導(dǎo)通的情況下，磁放大器的電流和電壓的極性如圖（2）所示。

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2.3設(shè)計(jì)公式：

從上面的分析可知：理想的輸出電壓和電流波形如圖（4）所示，在Mode1和2中，磁放大器的磁通從B1增大到Bs，在Mode4和5中復(fù)位到B1。如果將法拉第電磁感應(yīng)定律應(yīng)用到以上關(guān)系中，在磁放大器進(jìn)入飽和前可到

3.磁放大器的磁心復(fù)位與穩(wěn)壓

由上面的分析可知：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，磁心必須復(fù)位到磁滯回線的起始磁通密度B1（復(fù)位電流越大，B1就越小）。從而調(diào)節(jié)下一個(gè)周期磁放大器阻斷時(shí)間（死區(qū)時(shí)間），一般，磁放大器的磁復(fù)位技術(shù)可分成電壓復(fù)位和電流復(fù)位二種。電壓復(fù)位技術(shù)里，磁心是通過一個(gè)反壓秒數(shù)來復(fù)位的，一般采用電流復(fù)位更簡(jiǎn)單，它的實(shí)質(zhì)就是在Q關(guān)斷時(shí)刻，給磁放大器輸入一個(gè)反向電流，在Q導(dǎo)通時(shí)，由于D3承受反壓而截至，沒有電流流過磁放大器，只要反向電流設(shè)置合適，磁放大器就能夠復(fù)位到所需的起始磁通密度B1.

如果輸出電壓上升，則tf必須減小，即tb必須上升。因此如果輸出電壓上升，誤差放大器的輸出就會(huì)下降，復(fù)位電流增加，使得初始磁通密度B1更低，從而使tb增加保持輸出電壓為正常值。同樣，輸出電壓降低就會(huì)引起誤差放大器輸出電壓的增加，同時(shí)減小了復(fù)位電流。當(dāng)B1升高，tb減小，tf增加，輸出也上升到正常值。

4．結(jié)論

針對(duì)DC-DC變換器多輸出的輔輸出不穩(wěn)定的問題，本文提出的磁放大器后級(jí)調(diào)節(jié)技術(shù)可以很好的解決這個(gè)問題，而且這種技術(shù)很容易實(shí)現(xiàn)，目前也廣泛應(yīng)用在電源中，但是它也存在在高頻中死區(qū)難調(diào)節(jié)和損耗很大的問題，目前也有很多文獻(xiàn)對(duì)這個(gè)問題提出了一些改進(jìn)措施。

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