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磁放大器能使開(kāi)關(guān)電源得到精確的控制,從而提高了其穩(wěn)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(dǎo)率,高矩形比和理想的高溫穩(wěn)定性,將其應(yīng)用于磁放大器中,能提供無(wú)與倫比的輸出調(diào)節(jié)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(diǎn)外還具備以下優(yōu)點(diǎn):

1、飽和磁導(dǎo)率低;

2、矯頑力低;

3、復(fù)原電流小;

4、磁芯損耗少;

磁放大器的原理線路見(jiàn)圖1。圖中鐵心A和B的結(jié)構(gòu)尺寸及材料均相同,每個(gè)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(shù)相同。兩直流繞組反接串聯(lián)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(lián)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(yīng)的交變電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)直流繞組中輸入的直流控制電流為零時(shí),兩鐵心中均無(wú)直流勵(lì)磁,兩交流繞組的電感最大,電抗值也最大,此時(shí)交流負(fù)載電流為最小。當(dāng)輸入直流控制電流時(shí),鐵心中的直流磁通增加,磁通密度相應(yīng)增加,兩交流繞組的電感減小,輸出交流負(fù)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(shù)。輸出負(fù)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(shù)。簡(jiǎn)單磁放大器的輸出電流與輸入電流的極性

說(shuō)明圖

無(wú)關(guān)。輸入控制電流為零時(shí),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(fù)載電流的特性見(jiàn)圖2。

當(dāng)輸入直流控制電流大到一定程度

原理說(shuō)明圖

后,輸出交流負(fù)載電流的變化趨于平坦。簡(jiǎn)單的磁放大器的放大系數(shù)較小,要進(jìn)一步增大放大系數(shù),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(gè)鐵心上再各繞一個(gè)反饋繞組,繞向與直流繞組相同。在交流電路中串聯(lián)一橋式整流器,被整流后的電流與兩個(gè)反饋繞組相串聯(lián)。反饋繞組的匝數(shù)越多,輸入輸出特性越陡。反饋繞組的匝數(shù)過(guò)多時(shí),則出現(xiàn)特性的跳躍變化(圖3), 此時(shí)稱為磁放大器的繼電工作特性。

工作原理說(shuō)明

利用磁放大器在繼電狀態(tài)下的工作特性做成的無(wú)觸點(diǎn)磁繼電器和磁性邏輯元件,曾在50年代得到一定的運(yùn)用。隨著半導(dǎo)體元件的發(fā)展,磁性邏輯元件已被淘汰。但由于磁放大器具有壽命長(zhǎng)、過(guò)載能力強(qiáng)、可以在振動(dòng)和沖擊條件下工作和無(wú)需經(jīng)常維護(hù)等優(yōu)點(diǎn),仍用于自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)等自動(dòng)化系統(tǒng)中。

此電路的優(yōu)點(diǎn)如下:

1、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用元器件數(shù)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(méi)有隔離反饋放大器,因此調(diào)整極其容易,而且一旦調(diào)整好后就無(wú)須維護(hù),前級(jí)變換功率取決于后級(jí)總輸出功率;

3、各路的輸出特性相互獨(dú)立,獨(dú)自調(diào)整穩(wěn)壓,無(wú)主、輔路之分,所以,各輸出電路的負(fù)載調(diào)整率的交叉負(fù)載調(diào)整率都非常理想,小于0?5%;

4、磁放大器在功率開(kāi)通瞬間,處于"開(kāi)路"狀態(tài),功率管在此刻的導(dǎo)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(jí)功率變換器為不調(diào)寬的純正方波,以及后級(jí)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(biāo)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(wěn)壓電源的綜合電特性都是其它PWM隔離負(fù)反饋多路電源所無(wú)法比似的。尤其對(duì)多路電源實(shí)際應(yīng)用來(lái)講,可以對(duì)電源內(nèi)部特性和電子系統(tǒng)的負(fù)載特性不予考慮,拿來(lái)就能使用,用上就無(wú)問(wèn)題。

現(xiàn)代磁放大型穩(wěn)壓電源還存在如下一些問(wèn)題,有待解決。

1、電路形式需進(jìn)一步完善(尤其是電源前級(jí)功率變換電路),應(yīng)加入過(guò)、欠壓保護(hù),過(guò)流、短路保護(hù),電源使能端。

2、進(jìn)一步提高工作頻率,以便減小體積。

3、進(jìn)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?yàn)榇判居休^大的磁導(dǎo)率,可以增加線圈中的磁通,但對(duì)磁放大器來(lái)說(shuō)目的不是利用磁芯有較大的磁導(dǎo)率,而是利用其磁芯材料非線性這一特點(diǎn).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(gè)由軟磁合金制成帶有矩形磁滯回線的環(huán)形磁芯.在大多數(shù)情況下只有一組線圈是用來(lái)工作及控制電流的.對(duì)于扼流線圈材料的規(guī)格要求是非常高的,除了低磁性反轉(zhuǎn)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(diǎn)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(kāi)關(guān)晶體管的高速開(kāi)關(guān),矩形B-H回線與兩種工作狀態(tài)有關(guān),只要扼流線圈一受磁開(kāi)關(guān)就斷開(kāi),電流就不能輸出.一旦磁芯材料達(dá)到飽和開(kāi)關(guān)就接通,電流即開(kāi)始輸出.這個(gè)結(jié)果是基于扼流線圈在進(jìn)入飽和條件時(shí)它的阻抗|Z|要經(jīng)過(guò)3 4 個(gè)數(shù)量級(jí)的快速變化這一特點(diǎn)。

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

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當(dāng)t=0 ,磁芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度處于負(fù)的最大值,磁通變化率為零,電流會(huì)從-imax 對(duì)應(yīng)-Hc 躍變到imax 對(duì)應(yīng)Hc ,此后電流值保持不變.

當(dāng)t=pi/w 磁芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度處于正的最大值,磁通變化率為零,電流會(huì)從imax 對(duì)應(yīng)Hc 躍變到-imax 對(duì)應(yīng)-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(guān)系,因此從本質(zhì)上講它是一個(gè)耗能元件而一般電抗器為一無(wú)功元件電流滯后90度。