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饱和电感及其在开关电源中的应用
来源:本站整理  作者:佚名  2009-07-29 11:05:00



2.2    磁放大器

    磁放大器是利用可控饱和电感导通延时的物理特性,控制开关电源的占空比和输出功率。该开关特性受输出电路反馈信号的控制,即利用磁芯的开关功能,通过弱信号来实现电压脉冲脉宽控制以达到输出电压的稳定。在可控饱和电感上加上适当的采样和控制器件,调节其导通延时的时间,就可以构成最常见的磁放大器稳压电路。

    磁放大器稳压电路有电压型控制和电流型控制两种。图3所示为电压型复位电路,它包括电压检测及误差放大电路,复位电路和控制输出二极管D3,它是单闭环电压调节系统。

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图3    磁放大器电压型复位稳压电路

    图4所示为移相全桥ZVS-PWM开关电源磁放大器稳压器[2]。全桥开关电路变压器二次双半波整流各接一个磁放大器SR,其铁心绕有工作绕组和控制绕组。在正半周,当某输出整流管正偏(另一输出整流管反偏),变压器副边输出的方波脉冲加在相应的工作绕组上,使SR铁心正向磁化(增磁);在负半周,该输出整流管反偏,和控制绕组串联的二极管D3正偏导通,在直流控制电流Ic的作用下,使该SR的铁心去磁(复位)。

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图4    移相全桥ZVS-PWM开关电源磁放大器稳压器

    控制电路的工作原理是:开关电源输出电压与基准比较后,经误差放大控制MOS管的栅极,MOS管提供与输出电压有关的磁放大器SR的控制电流Ic

2.3    移相全桥ZVS-PWM变换器

    移相全桥ZVS-PWM变换器结合了零电压开关准谐振技术和传统PWM技术两者的优点,工作频率固定,在换相过程中利用LC谐振使器件零电压开关,在换相完毕后仍然采用PWM技术传送能量,控制简单,开关损耗小,可靠性高,是一种适合于大中功率开关电源的软开关电路。但当负载很轻时,尤其是滞后桥臂开关管的ZVS条件难以满足。

    将饱和电感作为移相全桥ZVS-PWM变换器的谐振电感[3],能扩大轻载下开关电源满足ZVS条件的范围。将其应用于弧焊逆变电源中[4],可减少附加环路能量和有效占空比的损失,在保证效率的基础上,扩展了零电压切换的负载范围,提高了软开关弧焊逆变电源的可靠性。

    将饱和电感与开关电源的隔离变压器二次输出整流管串联,可消除二次寄生振荡,减小循环能量,并使移相全桥ZVS-PWM开关电源的占空比损失最小。

    除此以外,将饱和电感与电容串接在移相全桥ZVS-PWM开关电源变压器一次[5],超前臂开关管按ZVS工作;当负载电流趋近于零时,电感量增大,阻止电流反向变化,创造了滞后臂开关管ZCS条件,实现移相全桥ZV-ZCSPWM变换器。

2.4    谐振变换器

    采用串联电感或饱和电感的串联谐振变换器[6]如图5所示。当谐振电感电流工作在连续状态时,开关管为零电压/零电流关断,但开通是硬开通,存在开通损耗。反并联二极管为自然开通,但关断时有反向恢复电流,因此,反并联二极管必须采用快恢复二极管。为了减小开关管的开通损耗,实现零电流开通,可以使开关管串联电感或饱和电感。开关管开通之前,饱和电感电流为零。当开关管开通时,饱和电感限制开关管的电流上升率,使开关管电流从零慢慢上升,从而实现开关管的零电流开通,同时改善了二极管的关断条件,消除了反向恢复问题。

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图5    谐振变换器

2.5    逆变电源[7]

    逆变电源以其控制性能好,效率高,体积小等诸多优点,被广泛用于自动控制,电力电子及精密仪器等各个方面。它的性能与整个系统的品质息息相关,尤其是电源的动态性能。由于逆变电源自身的特点,其动态特性一直不够理想。

    采用PWM和PFM控制的逆变电源,其工作原理决定了要得到平滑的电流电压波形,必须在其输出电路上加续流电感,而该电感正是影响逆变电源动态性能的主要因素。对于恒压源,电感电流与负载完全成反比关系;对于可控恒流源,要使电感电流由小变大,必然要以小的负载值作为前提,尽管不是完全的对应关系,但可以说电流的变化在某种程度上反映了负载的变化。

    因此,采用随电流增大而减小的电感作为逆变电源的输出电感,可有效地改变电源输出电路的时间常数T,使其完全与R成反比(T=L/R),进而在负载变化范围内维持在一个相对较小的数值上,这样自然会提高动态性能。

3    结语

    本文详述了饱和电感的物理特性及其电感与电流的变化关系,在此基础上总结了饱和电感在尖峰抑制器,磁放大器,移相全桥ZVSPWM变换器,谐振变换器和逆变电源中的应用情况,并简要地分析了它们的工作原理。

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