基于磁放大器的大电流多输出开关稳压电源的研究

1 引言
　　现有开关电源一般采用电压负反馈的方式来进行稳压，但是这种方式只适合单输出开关稳压电源。然而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。本文中采用了后相校正器中的一种，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电压）的稳定。本文中我们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5.0V，输出电流为10A。
　　本设计在实验室试验成功，并已应用于生产。

2 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所构成，当线圈流经电流超过一定值时，磁芯便达到饱和，因此磁阻相当小，相当于短路。当流经线圈的电流低于这个值时，磁芯便退出饱和，由于磁芯是高导磁材料镍、铁、钼的合金构成，因此线圈间的阻抗相当大，相当于断路。从上分析可知：磁放大器实际上类似于一个占空比可调的开关。该磁芯的磁滞回线如图1所示：

图1　镍、铁、钼合金磁芯的磁滞回线

3 磁放大器结构

3.1　主电路单元

　　磁放大器的主电路结构如图2所示，在电路中采用单端正极结构，根据单端正极电路结构的基本原理可知，Q1的占空比不能超过0.5，而且变压器复位线圈的匝数应该与线圈的匝数相等，以免使主变压器发生阶梯式趋向饱和现象。

图2　多组输出主电路图
　　从图2中，可以看出：当Q1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Q1关断时，磁放大器退出饱和，即“关断”状态。磁放大器MA的工作波形如图3所示。

图3 磁放大器MA工作波形
　　图中：――Q1的开通时间；
　　――磁放大器的饱和时间，即“导通时间”；
　　――磁放大器死区时间；
　　T――整个回路的工作周期

3.2 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，另一个可以用于限流。控制电路如图4所示：

图4　磁放大器控制电路
　　在图4中，控制芯片UC3838A的第9脚输出2.5V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。此放大器是用LM358所构成的同相比例放大器，其电路图见图4中IC2部分，根据模拟电子技术知识可知，LM358的输出电压为，而等于采样电阻R7与输出电流的乘积。
　　控制电路中元件选择如下：D1、D2选用UES2403,D3选择UES1003，限流电阻R12为300#8486;，采样电阻R7选用0.02#8486;,分压电阻R5,R6用2.5K#8486;,R1为1K，R2为11K#8486;，R3为100#8486;，L1为100micro;H，C1为1000micro;F/12V。