飽和電感及其在開關(guān)電源中的應(yīng)用

磁放大器是利用可控飽和電感導(dǎo)通延時的物理特性，控制開關(guān)電源的占空比和輸出功率。該開關(guān)特性受輸出電路反饋信號的控制，即利用磁芯的開關(guān)功能，通過弱信號來實現(xiàn)電壓脈沖脈寬控制以達(dá)到輸出電壓的穩(wěn)定。在可控飽和電感上加上適當(dāng)?shù)牟蓸雍涂刂破骷{(diào)節(jié)其導(dǎo)通延時的時間，就可以構(gòu)成最常見的磁放大器穩(wěn)壓電路。

磁放大器穩(wěn)壓電路有電壓型控制和電流型控制兩種。圖3所示為電壓型復(fù)位電路，它包括電壓檢測及誤差放大電路，復(fù)位電路和控制輸出二極管D3，它是單閉環(huán)電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

圖3 磁放大器電壓型復(fù)位穩(wěn)壓電路

圖4所示為移相全橋ZVS-PWM開關(guān)電源磁放大器穩(wěn)壓器[2]。全橋開關(guān)電路變壓器二次雙半波整流各接一個磁放大器SR，其鐵心繞有工作繞組和控制繞組。在正半周，當(dāng)某輸出整流管正偏（另一輸出整流管反偏），變壓器副邊輸出的方波脈沖加在相應(yīng)的工作繞組上，使SR鐵心正向磁化（增磁）；在負(fù)半周，該輸出整流管反偏，和控制繞組串聯(lián)的二極管D₃正偏導(dǎo)通，在直流控制電流I_c的作用下，使該SR的鐵心去磁（復(fù)位）。

圖4 移相全橋ZVS-PWM開關(guān)電源磁放大器穩(wěn)壓器

控制電路的工作原理是：開關(guān)電源輸出電壓與基準(zhǔn)比較后，經(jīng)誤差放大控制MOS管的柵極，MOS管提供與輸出電壓有關(guān)的磁放大器SR的控制電流I_c。

2.3 移相全橋ZVS-PWM變換器

移相全橋ZVS-PWM變換器結(jié)合了零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振技術(shù)和傳統(tǒng)PWM技術(shù)兩者的優(yōu)點，工作頻率固定，在換相過程中利用LC諧振使器件零電壓開關(guān)，在換相完畢后仍然采用PWM技術(shù)傳送能量，控制簡單，開關(guān)損耗小，可靠性高，是一種適合于大中功率開關(guān)電源的軟開關(guān)電路。但當(dāng)負(fù)載很輕時，尤其是滯后橋臂開關(guān)管的ZVS條件難以滿足。

將飽和電感作為移相全橋ZVS-PWM變換器的諧振電感[3]，能擴大輕載下開關(guān)電源滿足ZVS條件的范圍。將其應(yīng)用于弧焊逆變電源中[4]，可減少附加環(huán)路能量和有效占空比的損失，在保證效率的基礎(chǔ)上，擴展了零電壓切換的負(fù)載范圍，提高了軟開關(guān)弧焊逆變電源的可靠性。

將飽和電感與開關(guān)電源的隔離變壓器二次輸出整流管串聯(lián)，可消除二次寄生振蕩，減小循環(huán)能量，并使移相全橋ZVS-PWM開關(guān)電源的占空比損失最小。

除此以外，將飽和電感與電容串接在移相全橋ZVS-PWM開關(guān)電源變壓器一次[5]，超前臂開關(guān)管按ZVS工作；當(dāng)負(fù)載電流趨近于零時，電感量增大，阻止電流反向變化，創(chuàng)造了滯后臂開關(guān)管ZCS條件，實現(xiàn)移相全橋ZV-ZCSPWM變換器。

2.4 諧振變換器

采用串聯(lián)電感或飽和電感的串聯(lián)諧振變換器[6]如圖5所示。當(dāng)諧振電感電流工作在連續(xù)狀態(tài)時，開關(guān)管為零電壓/零電流關(guān)斷，但開通是硬開通，存在開通損耗。反并聯(lián)二極管為自然開通，但關(guān)斷時有反向恢復(fù)電流，因此，反并聯(lián)二極管必須采用快恢復(fù)二極管。為了減小開關(guān)管的開通損耗，實現(xiàn)零電流開通，可以使開關(guān)管串聯(lián)電感或飽和電感。開關(guān)管開通之前，飽和電感電流為零。當(dāng)開關(guān)管開通時，飽和電感限制開關(guān)管的電流上升率，使開關(guān)管電流從零慢慢上升，從而實現(xiàn)開關(guān)管的零電流開通，同時改善了二極管的關(guān)斷條件，消除了反向恢復(fù)問題。

圖5 諧振變換器

2.5 逆變電源[7]

逆變電源以其控制性能好，效率高，體積小等諸多優(yōu)點，被廣泛用于自動控制，電力電子及精密儀器等各個方面。它的性能與整個系統(tǒng)的品質(zhì)息息相關(guān)，尤其是電源的動態(tài)性能。由于逆變電源自身的特點，其動態(tài)特性一直不夠理想。

采用PWM和PFM控制的逆變電源，其工作原理決定了要得到平滑的電流電壓波形，必須在其輸出電路上加續(xù)流電感，而該電感正是影響逆變電源動態(tài)性能的主要因素。對于恒壓源，電感電流與負(fù)載完全成反比關(guān)系；對于可控恒流源，要使電感電流由小變大，必然要以小的負(fù)載值作為前提，盡管不是完全的對應(yīng)關(guān)系，但可以說電流的變化在某種程度上反映了負(fù)載的變化。

因此，采用隨電流增大而減小的電感作為逆變電源的輸出電感，可有效地改變電源輸出電路的時間常數(shù)T，使其完全與R成反比（T=L/R），進(jìn)而在負(fù)載變化范圍內(nèi)維持在一個相對較小的數(shù)值上，這樣自然會提高動態(tài)性能。

3 結(jié)語

本文詳述了飽和電感的物理特性及其電感與電流的變化關(guān)系，在此基礎(chǔ)上總結(jié)了飽和電感在尖峰抑制器，磁放大器，移相全橋ZVSPWM變換器，諧振變換器和逆變電源中的應(yīng)用情況，并簡要地分析了它們的工作原理。