摘要:为解决大电流多输出稳压电源在输出功率时其辅助输出路的稳压和限流较难的问题,利用磁饱和特性,提出一种后相校正技术,并据此原理设计出了一种新型开关电源装置.仿真与实验结果表明,该稳压电源的效率达85%,电压稳定度达98.5%.将该稳压电源应用于实际工程中,发现其具有实用价值与推广意义.

关键词:大电流;开关电源;磁放大器

目前的开关电源一般采用电压负反馈的方式来进行稳压,这种方式只适合单输出开关稳压电源.故对于大电流多输出开关电源,采用电压负反馈的方式不能实现多组输出电压的校正,因此不能获得多组输出电压的稳定.本文采用了一种新型的后相校正器,即磁放大器来实现开关电源中多组输出电压(本文中采用的是两组输出)的稳定.所设计的开关电源主输出电压是24v,电流是6a;辅助输出电压是510v,输出电流为10a.主输出采用电压负反馈方式进行稳压,辅助输出采用后相校正方式即磁放大器方式进行稳压.

1磁放大器的基本原理

磁放大器是由可饱和磁芯以及磁芯上所绕的线圈构成,当流经线圈的电流超过一定值时,磁芯便达到饱和,因此磁阻相当小,相当于“短路”状态;当流经线圈的电流低于这个值时,磁芯便退出饱和.由于磁芯是由高导磁材料镍、铁、钼的合金构成,线圈间的阻抗相当大,故相当于“断路”状态.从上述分析可知:磁放大器实际上类似于一个占空比可调的开关.

2磁放大器的电路结构

2.1主电路单元
本文在提出了一种新型的后相校正方法,即基于磁放大器的后相校正方法,主电路如图1所示.

图1多组输出主电路图

在电路中采用单端正激结构,当复位线圈匝数n_r与初级线圈匝数n_p相等时,主开关管q的占空比不能超过015,且变压器复位线圈的匝数n_r应该与线圈n_p的匝数相等,以免使主变压器发生阶梯式趋向饱和现象[2].磁放大器ma的工作波形如图2所示.由图2可知:在q导通期间,通过控制磁放大器磁的饱和时刻来控制磁放大器的“导通”时刻.当q关断时,磁放大器退出饱和,即进入“关断”状态.图2中:t_h为q的开通时间,s;t_f为磁放大器的饱和时间,即“导通”时间,s;t_b为磁放大器“死区”时间,s;t为主电路的一个工作周期,s.

图2磁放大器的工作波形

2.2控制电路单元
本设计中磁放大器控制电路所用的控制芯片为ti公司的uc3838a.这是一块专用的磁放大器控制芯片,其复位电流达100ma,可以使整个磁放大器的输出电流达到20a.此芯片内部含有两个运算放大器,一个用于稳压,另一个用于限流.控制电路如图3所示.

图3磁放大器控制电路

在图3中,控制芯片uc3838a的第9脚输出215v的标准电压作为误差放大器与电流检测放大器的基准信号.输出电压反馈信号是通过采样电阻r5,r6的分压所得,与基准电压相比较来控制输出电压的大小.电流反馈信号则是通过采样电阻r7所获取,先经过一个运算放大器,将采样电流负反馈信号放大到一个合适的电平,再送到uc3838a的第3脚,与基准电压相比较,以进行限流.此放大器是lm358及外围电阻所构成的同相比例放大器,其电路图见图3中ic2部分,根据模拟电子技术知识可知,lm358的输出电压为v_o=(1+r₂/r₁)v_in,而vin等于采样电阻r₇与输出电流的乘积.

控制电路中元件选择如下:二极管d₁和d₂选用ues2403,d₃选用ues1003,限流电阻r₁₂为300ω,采样电阻r₇选用0102ω,分压电阻r₅和r₆为2500ω,r₁为1000ω,r₂为11000ω,r₃为100ω,l₁为010001h,c₁为0100025f.

3磁放大器稳压和限流的理论分析

假设主输出电路中的频率与占空比保持不变.主输出回路的稳压与限流原理在此不多加叙述.在辅助输出电路中,辅助输出电压如下式所示.

式中:v_os为辅助回路输出电压,v;vd₁为二极管d₁上的压降,约为1v;n_m为磁放大器的绕组匝数;a_e为磁芯面积,cm²;b_s为饱和磁通密度,t;b₁为起始点磁通密度,t;v_sp为变压器辅助绕组输出电压,v.在q上一个周期的关断瞬间到下一个周期的导通时刻,磁芯必须复位到磁滞回线的起始磁通密度b1(其复位电流越大,所复位到的起始磁通密度b₁就越低),以调整下一个周期的死区时间.磁放大器的磁复位技术可分成电压复位与电流复位两种,本电路中采用了较为简单的电流磁复位技术.

电流磁复位技术实质就是q关断时刻,给磁放大器输入一个反向