磁放大器穩(wěn)壓器中控制電感的設(shè)計?

摘要：介紹了磁放大器穩(wěn)壓器的工作原理，推導了其中控制電感的設(shè)計方法，并給出了一個設(shè)計實例。
關(guān)鍵詞：磁放大器穩(wěn)壓器；控制電感；復(fù)位

1引言?
隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品和系統(tǒng)的供電電源越來越復(fù)雜：供電電源的電壓路數(shù)增多；每一路電壓的穩(wěn)壓精度要求越來越高。一般的開關(guān)穩(wěn)壓電源，只有一個次級輸出電壓是通過初級電壓進行閉環(huán)調(diào)節(jié)的，其它的次級輸出電壓都保持開環(huán)狀態(tài)。這些輸出電壓的動態(tài)特性由負載以及初級輸入電壓所決定。要控制彼此獨立的、不同的各路輸出電壓，就要運用不同的調(diào)節(jié)原理。高頻磁放大器穩(wěn)壓器以其低成本、高效率、高穩(wěn)壓精度而又可靠的解決方案，在多路輸出的穩(wěn)壓電源中得到了廣泛應(yīng)用。
目前的高頻磁放大器穩(wěn)壓器的輸出功率范圍介于20W到1500W，輸出電流范圍介于1A到30A，輸出電壓可低到3?3V，2?9V，完全可適應(yīng)現(xiàn)在低工作電壓的半導體器件的需要。
2高頻磁放大器穩(wěn)壓器工作原理?
磁放大器穩(wěn)壓器是通過調(diào)節(jié)主變壓器次級側(cè)的脈沖寬度來達到輸出穩(wěn)壓的目的。一個典型的正激變換器的二次側(cè)磁放大器穩(wěn)壓器的原理圖如圖1所示。

在控制電感的設(shè)計中，一般給定的條件有：
——電路拓撲：單端正激式或推挽式（含半橋、全橋式）；
——輸出電壓U1；
——主電路壓降；
——輸出有或沒有短路保護。
設(shè)計結(jié)果：
——磁芯有效截面積AFe，選定磁芯型號；


——繞組匝數(shù)N；
——銅線直徑dcu；
——纏繞面積Acu。
設(shè)計過程要予以考慮的因素：
——磁放大器控制電路的壓降（即控制電感上的壓降）UReg；
——磁芯損耗（鐵損PFe）；
——銅損耗PCu；
——控制電感的最大死區(qū)。
根據(jù)上面的提示，一般的設(shè)計步驟如下：
1）決定線匝銅線的尺寸由輸出電流的大小決定，一般選電流密度為J≈4A/mm2；
2）計算控制電感的控制電壓UReg。
對于無短路保護的電路：
UReg=α×Dmax×Umin－UO1(1)
式中：UO1——要求的輸出電壓(V)；
Umin——次級繞組電壓幅值的最小值（V）；
Dmax——初級開關(guān)管占空比的最大值；
α——系數(shù)，對單端正激變換器α=1，對推挽式變換器（含半橋、全橋）α=2。
對于有短路保護要求的電路，則有：
UReg=α×Dmax×Umin(2)
（請讀者注意，磁放大器穩(wěn)壓器不適用于反激式變換器）。
3）根據(jù)經(jīng)驗，從表2中選一種磁芯型號，查找AFe等參數(shù)磁芯的選擇一般從小到大，直到所要求的匝數(shù)很容易纏滿磁芯一層為止。
4）計算所需的匝數(shù)N

式中：f——次級輸出方波的頻率（kHz）；
yes">?????Δ B——雙極磁通密度，取0.8T；
K——雙極磁通密度ΔB的校正因子，用于限制由于磁芯損耗引起的溫升。
圖6示出了VITROVAC6025Z中相關(guān)型號校正因子K的相關(guān)曲線。
5）磁芯及銅損耗計算
磁芯損耗PFe（近似值）

式中：Rth——對流的空芯繞組的熱阻（K/W）；mFe——磁芯質(zhì)量（kg）。
銅損耗PCu（近似值，未考慮趨膚及鄰近效應(yīng)）?

式中：LFe——磁芯的平均磁路長度（cm）；?
Hs——復(fù)位場強（mA/cm）。

?

在下面的計算中，采用SI單位制，為了計算方便，將其中的基本單位m改為cm。

1）所要求的每條線的截面積計算S（J取4A/mm2）
——無短路保護S=10/4=2.5mm2；
——有短路保護S=10/4=2.5mm2。
2）磁放大器控制電感電壓計算
——無短路保護UReg=α×Dmax×Umin－UO1=1×0.5×12－3.3=2.7V；
——有短路保護UReg=α×Dmax×Umin=1×0.5×12=6V。
3）繞組匝數(shù)計算

①第一次計算
——無短路保護選用磁芯T60006?E4008?W462d1×d2×h1=8mm×4.6mm×4mm
AFe=0.054cm2
LFe=1.98cm
K=1
最小匝數(shù)

根據(jù)表2，所適用的銅線纏繞面積Acu約為2mm2，因此不可能纏繞面積2?5mm2的銅線5匝。
——有短路保護選用磁芯T60006?E4012?W535d1×d2×h1=12.5mm×10mm×5mm
AFe=0.05cm2
LFe=3.53cm
K=1
最小匝數(shù)
?

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[3]BobMammano.MagneticAmplifierControlforSimple,Low?cost,SecondaryRegulation,UnitrodeSEM500
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