1.2可飽和電感隨電流變化的關系
因為,有氣隙和無氣隙的dB/di磁路的計算方法不同,所以,分別對兩種情況進行討論。
1.2.1無氣隙可飽和電感與電流的關系
無氣隙可飽和電感L隨電流變化的關系可用式(2)表示。式中:W為電感繞組匝數;
I為激磁電流;
f為電感用磁性材料B~H曲線的對應函數;
S為磁性材料的截面積;
l磁性材料的為平均長度。
1.2.2有氣隙可飽和電感與電流的關系
任意給定一個導磁體磁路中磁感應強度B1,可由B=f(H)曲線求出導磁體磁路中的磁場強度H1。氣隙中的H0值可用式(3)表示。
式中:B0為空氣隙磁感應強度;
a和b為磁路矩形截面積邊長;
l0為氣隙長度;
μ0為空氣磁導率。
由磁路定律得改變B值并重復上述步驟,可求出相應的I,得到一組B和I的關系數據。設這個B與I對應的函數為B=f1(I)。
在不考慮漏感時,電感的計算式可用式(4)表示。
2飽和電感在開關電源中的應用
2.1尖峰抑制器
開關電源中尖峰干擾主要來自功率開關管和二次側整流二極管的開通和關斷瞬間。具有容易飽和,儲能能力弱等特點的飽和電感能有效抑制這種尖峰干擾。將飽和電感與整流二極管串聯,在電流升高的瞬間,它呈現高阻抗,抑制尖峰電流,而飽和后其飽和電感量很小,損耗小。通常將這種飽和電抗器作為尖峰抑制器。
當S1導通時,D1導通,D2截至,由于可飽和電感Ls的限流作用,D2中流過的反向恢復電流的幅值和變化率都會顯著減小,從而有效地抑制了高頻導通噪聲的產生。當S1關斷時,D1截至,D2導通,由于Ls存在著導通延時時間Δt,這將影響D2的續流作用,并會在D2的負極產生負值尖峰電壓。為此,在電路中增加了輔助二極管D3和電阻R1。
2.2磁放大器
磁放大器是利用可控飽和電感導通延時的物理特性,控制開關電源的占空比和輸出功率。該開關特性受輸出電路反饋信號的控制,即利用磁芯的開關功能,通過弱信號來實現電壓脈沖脈寬控制以達到輸出電壓的穩定。在可控飽和電感上加上適當的采樣和控制器件,調節其導通延時的時間,就可以構成最常見的磁放大器穩壓電路。
磁放大器穩壓電路有電壓型控制和電流型控制兩種。圖3所示為電壓型復位電路,它包括電壓檢測及誤差放大電路,復位電路和控制輸出二極管D3,它是單閉環電壓調節系統。
為移相全橋ZVS-PWM開關電源磁放大器穩壓器[2]。全橋開關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的工作繞組上,使SR鐵心正向磁化(增磁);在負半周,該輸出整流管反偏,和控制繞組串聯的二極管D3正偏導通,在直流控制電流Ic的作用下,使該SR的鐵心去磁(復位)。
控制電路的工作原理是:開關電源輸出電壓與基準比較后,經誤差放大控制MOS管的柵極,MOS管提供與輸出電壓有關的磁放大器SR的控制電流Ic。