磁放大器能使開關電源得到精確的控制,從而提高了其穩定性。

磁放大器磁芯可以用坡莫合金,鐵氧體或非晶,納米晶(又稱超微晶)材料制作。

非晶、納米晶軟磁材料因具有高磁導率,高矩形比和理想的高溫穩定性,將其應用于磁放大器中,能提供無與倫比的輸出調節精確性,并能取得更高的工作效率,因而倍受青睞。非晶、納米晶磁芯除上述特點外還具備以下優點:

1、飽和磁導率低;

2、矯頑力低;

3、復原電流小;

4、磁芯損耗少;

磁放大器的原理線路見圖1。圖中鐵心A和B的結構尺寸及材料均相同,每個鐵心上繞有直流繞組和交流繞組,兩直流繞組和兩交流繞組的匝數相同。兩直流繞組反接串聯后接至直流控制電源。兩鐵心中的交流磁通Φ~方向相同,而直流磁通Φ=方向則相反。兩直流繞組反接串聯的目的是為了抵消兩鐵心中的交流磁通在直流繞組上感應的交變電動勢。當直流繞組中輸入的直流控制電流為零時,兩鐵心中均無直流勵磁,兩交流繞組的電感最大,電抗值也最大,此時交流負載電流為最小。當輸入直流控制電流時,鐵心中的直流磁通增加,磁通密度相應增加,兩交流繞組的電感減小,輸出交流負載電流增大。

磁放大器輸出電流與輸入電流的比值,稱為磁放大器的電流放大系數。輸出負載功率與輸入控制功率的比值,稱為磁放大器的功率放大系數。簡單磁放大器的輸出電流與輸入電流的極性

說明圖

無關。輸入控制電流為零時,輸出電流并不等于零,而有一空載電流I0。直流控制電流與交流負載電流的特性見圖2。

當輸入直流控制電流大到一定程度

原理說明圖

后,輸出交流負載電流的變化趨于平坦。簡單的磁放大器的放大系數較小,要進一步增大放大系數,可將輸出的交流電流整流成直流后,作為輸入量的一部分反饋到磁放大器中。即在兩個鐵心上再各繞一個反饋繞組,繞向與直流繞組相同。在交流電路中串聯一橋式整流器,被整流后的電流與兩個反饋繞組相串聯。反饋繞組的匝數越多,輸入輸出特性越陡。反饋繞組的匝數過多時,則出現特性的跳躍變化(圖3), 此時稱為磁放大器的繼電工作特性。

工作原理說明

利用磁放大器在繼電狀態下的工作特性做成的無觸點磁繼電器和磁性邏輯元件,曾在50年代得到一定的運用。隨著半導體元件的發展,磁性邏輯元件已被淘汰。但由于磁放大器具有壽命長、過載能力強、可以在振動和沖擊條件下工作和無需經常維護等優點,仍用于自動控制、自動調節等自動化系統中。

此電路的優點如下:

1、電路結構簡單,使用元器件數量少,除了兩只功率管以外,其它元器件均是永久性或半永久性的,可靠性極高,制作也很方便;

2、電路中沒有隔離反饋放大器,因此調整極其容易,而且一旦調整好后就無須維護,前級變換功率取決于后級總輸出功率;

3、各路的輸出特性相互獨立,獨自調整穩壓,無主、輔路之分,所以,各輸出電路的負載調整率的交叉負載調整率都非常理想,小于0?5%;

4、磁放大器在功率開通瞬間,處于"開路"狀態,功率管在此刻的導通電流趨近于零,因而,損耗減到了最低限度,這有利于變換器的高頻化和高效率;

5、由于前級功率變換器為不調寬的純正方波,以及后級接了磁放大器,這樣可以大幅度地降低輸出紋波的峰-峰值,普通PWM型電源的輸出紋波大約為輸出電壓標稱值的1%左右,而采取帶磁放大器的整流電路,紋波的峰-峰值可比較容易地降低到0.1%左右。

上述磁放大型穩壓電源的綜合電特性都是其它PWM隔離負反饋多路電源所無法比似的。尤其對多路電源實際應用來講,可以對電源內部特性和電子系統的負載特性不予考慮,拿來就能使用,用上就無問題。

現代磁放大型穩壓電源還存在如下一些問題,有待解決。

1、電路形式需進一步完善(尤其是電源前級功率變換電路),應加入過、欠壓保護,過流、短路保護,電源使能端。

2、進一步提高工作頻率,以便減小體積。

3、進一步提高效率,減小磁損。

磁放大器和其他磁性元件一樣,在它的線圈里總是裝有磁芯.因為磁芯有較大的磁導率,可以增加線圈中的磁通,但對磁放大器來說目的不是利用磁芯有較大的磁導率,而是利用其磁芯材料非線性這一特點.這種非線性越突出其作用也就越為明顯有效,

磁放大器扼流圈的核心是一個由軟磁合金制成帶有矩形磁滯回線的環形磁芯.在大多數情況下只有一組線圈是用來工作及控制電流的.對于扼流線圈材料的規格要求是非常高的,除了低磁性反轉損耗(影響到熱聚集控制電流效率)以外以高頑磁(影響到控制范圍)為特點的矩形磁滯回線及好的飽和特性也是必須的。

磁放大器的功能可以描述成類似開關晶體管的高速開關,矩形B-H回線與兩種工作狀態有關,只要扼流線圈一受磁開關就斷開,電流就不能輸出.一旦磁芯材料達到飽和開關就接通,電流即開始輸出.這個結果是基于扼流線圈在進入飽和條件時它的阻抗|Z|要經過3 4 個數量級的快速變化這一特點。

當外加電壓為u(t)=Umsinwt 時,磁芯中的磁感應強度將按B=-(Um /wNAe)cosùt 變化,磁放大器中的電流可依據下圖由作圖法求出:

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當t=0 ,磁芯中的磁感應強度處于負的最大值,磁通變化率為零,電流會從-imax 對應-Hc 躍變到imax 對應Hc ,此后電流值保持不變.

當t=pi/w 磁芯中的磁感應強度處于正的最大值,磁通變化率為零,電流會從imax 對應Hc 躍變到-imax 對應-Hc ,此后電流值保持不變.

磁放大器飽和電抗器的電壓與電流是同相位關系,因此從本質上講它是一個耗能元件而一般電抗器為一無功元件電流滯后90度。