一种磁放大器控制电路及控制方法与流程

1.本发明属于磁放大器控制领域，具体涉及一种磁放大器控制电路及控制方法。


背景技术：

2.随着电源输出功率的不断提高，迫切需要解决电源副路电压的二次稳压问题。目前，磁放大器控制电路及控制方法在大功率开关电源的二次稳压电路中得到了非常广泛的应用。传统的电源二次稳压电路主要有：1、三端稳压器稳压，2、dc-dc变换稳压，3、交连电感稳压，4、传统磁放大器控制电路及控制方法稳压。三端稳压器稳压法存在输出功率小、功耗大等缺点，dc-dc变换稳压法存在控制电路复杂、成本高等缺点，交连电感稳压法存在稳压范围窄、仅适用于特定负载等缺点，传统磁放大器控制电路及控制方法稳压法在一定程度上解决了前3种方法的上述缺点，但仍然存在输出功率小、开关损耗大等不足之处。因此，需要研究一种新型的磁放大器控制电路，才能从根本上解决上述技术问题。


技术实现要素：

3.针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种磁放大器控制电路及控制方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。
4.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
5.一种磁放大器控制电路，包括变压器次级变换电路、磁放大器开关电路、输出整流电路、输出滤波电路、电流取样电路、电流反馈控制电路、二次滤波电路、电压取样电路、电压反馈控制电路、电压/电流选控电路和磁放大器驱动电路；
6.变压器次级变换电路、磁放大器开关电路、输出整流电路、输出滤波电路、电流取样电路、二次滤波电路、电压取样电路、电压反馈控制电路、电压/电流选控电路、磁放大器驱动电路和磁放大器开关电路通过线路依次连接；电流取样电路、电流反馈控制电路、电压/电流选控电路通过线路依次连接；
7.变压器次级变换电路，被配置为用于为磁放大器开关电路提供脉冲方波电压；
8.磁放大器开关电路，被配置为用于对脉冲方波电压进行开关斩波；
9.输出整流电路，被配置为用于对开关斩波后的脉冲方波电压进行整流；
10.输出滤波电路，被配置为用于对整流后的脉冲方波电压进行滤波，产生直流电压；
11.电流取样电路，被配置为用于对直流电压的负载电流进行取样，将电流信号转换为相应的电压信号；
12.二次滤波电路，被配置为用于对直流输出电压进行二次滤波，产生纯净的直流输出电压；
13.电压取样电路，被配置为用于对直流电压进行电压取样，将输出电压转换成适合电压反馈控制电路处理的电压取样信号；
14.电压反馈控制电路，被配置为用于对电压取样信号和电压参考信号之间的误差信号进行幅度放大和相位补偿；
15.电流反馈控制电路，被配置为用于对电流取样电路产生的电压信号进行幅度放大和相位补偿；
16.电压/电流选控电路，被配置为用于对电压反馈和电流反馈进行选择；
17.磁放大器驱动电路，被配置为用于对电压/电流选控电路的输出信号进行功率放大。
18.优选地，变压器次级变换电路，包括变压器t1的次级绕组、电阻器r1和电容器c1；电阻器r1的一端和电容器c1的一端连接，电阻器r1的另一端和变压器t1次级绕组的异名端组成公共端连接至电感器l2的一端，电容器c1的另一端和变压器t1次级绕组的同名端组成公共端连接至电感器l1的一端。
19.优选地，磁放大器开关电路，包括电感器l1-l2、二极管v1-v2、电阻器r2-r3；电感器l1的另一端和二极管v1的阴极组成公共端连接至二极管v3的一个阳极，电感器l2的另一端和二极管v2的阴极组成公共端连接至二极管v3的另一个阳极，二极管v1的阳极连接至电阻器r2的一端，二极管v2的阳极连接至电阻器r3的一端，电阻器r2和电阻器r3的另一端组成公共端连接至三极管v10和v11的集电极。
20.优选地，输出整流电路，包括二极管v3和v4；二极管v3和v4的阴极组成公共端连接至电感器l3的一端，二极管v4的阳极接地；
21.输出滤波电路，包括电感器l3、电容器c2和c3；电感器l3的另一端、电容器c2的正极和电容器c3的一端组成公共端，连接至电阻器r4、r5、r7和电容器c4的一端组成的公共端，电容器c2的负极和电容器c3的另一端组成公共端接地。
22.优选地，电流取样电路，包括电阻器r4和r5和电容器c4；电阻器r4和r5、电容器c4的另一端组成公共端连接至电阻器r9和电感器l4的一端；
23.电流反馈控制电路，包括电阻器r7-r12、电容器c9-c10、二极管v5和集成电路n101a；电阻器r7的另一端、电阻器r8的一端和电阻器r11-r12的一端组成公共端，连接至集成电路n101a的2脚，电阻器r8的另一端接地，电阻器r12的另一端连接至电容器c9的一端，电阻器r11、电容器c9的另一端和二极管v6的阴极组成公共端，连接至集成电路n101a的1脚；电阻器r9的另一端和电阻器r10的另一端组成公共端连接至集成电路n101a的3脚；电阻器r10的另一端连接至二极管v5的阴极，二极管v5的阳极连接至电压基准vr；集成电路n101a的8脚和电容器c10的一端组成公共端，连接至电源vcc，集成电路n101a的4脚接地。
24.优选地，二次滤波电路，包括电感器l4、电阻器r6和电容器c5-c8；电感器l4的另一端、电阻器r6的一端、电容器c5的正极和电容器c6-c7的一端接输出电压vo，电阻器r6的另一端、电容器c5的负极、电容器c6的另一端以及电容器c8的一端接地，电容器c7和c8的另一端接机械地即大地。
25.优选地，电压取样电路，包括电阻器r14-r16和电容器c11；电阻器r14和电容器c11的一端组成公共端连接至输出电压vo，电容器c11的另一端和电阻器r16的一端连接，电阻器r14、r16的另一端和电阻器r15的一端组成公共端，连接至集成电路n101b的6脚，电阻器r15的另一端接地；
26.电压反馈控制电路，包括电阻器r17-r20、电容器c12-c13、二极管v7和集成电路n101b；电阻器r17-r18的一端、电容器c12的一端和二极管v7的阴极组成公共端，连接至电压基准vr，电阻器r17的另一端连接至电源vcc，电阻器r18的另一端连接至集成电路n101b
的5脚，电容器c12的另一端和二极管v7的阳极组成公共端接地；电阻器r20的另一端连接至电容器c9的一端，电阻器r19、电容器c13的另一端和二极管v8的阴极组成公共端连接至n101b的7脚。
27.优选地，电压/电流选控电路，包括电阻器r13和r21以及二极管v6和v8；二极管v6的阳极连接至电阻器r13的一端，二极管v8的阳极连接至电阻器r21的一端，电阻器r13和r21的另一端组成公共端，连接至三极管v10的基极。
28.优选地，磁放大器驱动电路，包括电阻器r22-r24、二极管v9以及三极管v10-v11；电阻器r22-r24的一端和二极管v9的阴极组成公共端，连接至电源vcc；电阻器r22的另一端和二极管v9的阳极组成公共端，连接至三极管v10的基极；电阻器r23的另一端连接至三极管v10的发射极和三极管v11的基极，电阻器r24的另一端连接至三极管v11的发射极；三极管v10和v11的集电极组成的公共端，连接至电阻器r2和电阻器r3的另一端组成公共端。
29.此外，本发明还提到一种磁放大器控制方法，该方法采用如上所述的一种磁放大器控制电路，具体包括如下步骤：
30.步骤1：通过变压器次级变换电路，将初级高压脉冲方波电压转换成次级所需的低压脉冲方波电压；
31.步骤2：通过磁放大器开关电路，对次级低压脉冲方波电压进行二次开关斩波，实现二次稳压；
32.步骤3：通过输出整流电路，对开关斩波后的脉冲方波电压进行整流，以及对滤波电感电流的续流；
33.步骤4：通过输出滤波电路，对整流后的脉冲方波电压进行滤波、产生直流电压；
34.步骤5：通过电流取样电路，对直流电压的负载电流进行取样，将电流信号转换为相应的电压信号；
35.步骤6：通过电流反馈控制电路，对电流取样电路产生的电压信号进行幅度放大和相位补偿，实现对输出电流大小、响应速度的有效控制；
36.步骤7：通过二次滤波电路，对直流输出电压进行二次滤波，产生更为纯净的直流输出电压；
37.步骤8：通过电压取样电路，对直流电压进行电压取样，将输出电压转换成适合电压反馈控制电路处理的电压取样信号；
38.步骤9：通过电压反馈控制电路，对电压取样电路产生的电压信号进行幅度放大和相位补偿，实现对输出电压幅度、响应速度的有效控制；
39.步骤10：通过电压/电流选控电路，对电压反馈和电流反馈进行选择；
40.步骤11：通过磁放大器驱动电路，对电压/电流选控电路的输出信号进行功率放大，进而驱动磁放大器开关电路，对次级低压脉冲方波电压进行二次开关斩波，实现“零”压降二次稳压功能。
41.本发明所带来的有益技术效果：
42.1、本发明采用高矩形比的磁性开关技术，实现“零”压降损失，提高了电路输出能力，同时提高了开关电源的效率。
43.2、由于磁放大器和整流二极管串联，抑制了整流二极管开关时的电流突变，降低了整流管电压、电流应力，提高了电源输出能力，同时提升了电路的电磁兼容性能。
44.3、由于采用了开关型二次稳压方法，可以适应很宽范围的次级绕组电压，因此解决了主路电压和副路电压的交互调压问题。
45.4、由于在电压取样和反馈控制电路中，采用了两级加速控制，显著提高了副路二次稳压电路的输出动态性能。
46.5、本发明采用电压、电流双环控制电路，用于控制半桥双磁放大器稳压电路，提高了副路二次稳压电路的稳压性能。
47.本发明一种新型的磁放大器控制电路及控制方法，具体是一种采用“零”压降技术的磁放大器控制电路及控制方法；该电路不仅解决了开关电源的主路电压和副路电压的交互调压问题，同时提高了开关电源副路二次稳压电路的稳压性能和输出动态性能；该电路相较于传统的稳压控制电路具有无可比拟的优越性，使得开关电源的交调性能、动态性能等方面都有突破性的提高，提高了开关电源的输出电流范围和总体效率。
附图说明
48.图1是本发明的电路框图。
49.图2是本发明的电路结构图。
具体实施方式
50.下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
51.结合图1，本发明通过变压器次级变换电路，将初级高压脉冲方波电压转换成次级所需的低压脉冲方波电压；通过磁放大器开关电路，对次级低压脉冲方波电压进行二次开关斩波，实现二次稳压；通过输出整流电路，对开关斩波后的脉冲方波电压进行整流，以及对滤波电感电流的续流；通过输出滤波电路，对整流后的脉冲方波电压进行滤波、产生直流电压；通过电流取样电路，对直流电压的负载电流进行取样，将电流信号转换为相应的电压信号；通过电流反馈控制电路，对电流取样电路产生的电压信号进行幅度放大和相位补偿，实现对输出电流大小、响应速度的有效控制；通过二次滤波电路，对直流输出电压进行二次滤波，产生更为纯净的直流输出电压；通过电压取样电路，对直流电压进行电压取样，将输出电压转换成适合电压反馈控制电路处理的电压取样信号；通过电压反馈控制电路，对电压取样电路产生的电压信号进行幅度放大和相位补偿，实现对输出电压幅度、响应速度的有效控制；通过电压/电流选控电路，对电压反馈和电流反馈进行选择；通过磁放大器驱动电路，对电压/电流选控电路的输出信号进行功率放大。进而驱动磁放大器开关电路，对次级低压脉冲方波电压进行二次开关斩波，实现“零”压降二次稳压功能。
52.如图2所示，本发明磁放大器控制电路，包含变压器次级变换电路、磁放大器开关电路、输出整流电路、输出滤波电路、电流取样电路、电流反馈控制电路、二次滤波电路、电压取样电路、电压反馈控制电路、电压/电流选控电路、磁放大器驱动电路等部分。
53.对于变压器次级变换电路，变压器次级变换电路由变压器t1的次级绕组、电阻器r1、电容器c1构成。起到将初级高压脉冲方波电压转换成次级所需的低压脉冲方波电压作用。其中，采用阻容吸收电压尖峰抑制方法，可有效防止瞬态电压尖峰对开关管、整流管的冲击损害。
54.对于磁放大器开关电路，磁放大器开关电路由电感器l1-l2、二极管v1-v2、电阻器
r2-r3构成。起到对次级低压脉冲方波电压进行二次开关斩波，实现二次稳压功能作用。其中，磁放大电感器l1-l2决定磁放大器开关电路的开关斩波性能。在本发明电路中，磁放大电感器l1-l2采用矩形比高达0.95，因此，电路没有压降损失，复位电流很小，再通过合理设计r2、r3的阻值、降低感抗，即可实现本发明电路“零”压降的良好开关斩波性能。
55.对于输出整流电路，输出整流电路由二极管v3和v4构成，起到对开关斩波后的脉冲方波电压进行整流作用，以及对滤波电感电流的续流作用。
56.对于输出滤波电路，输出滤波电路由电感器l3、电容器c2和c3构成，起到对整流后的脉冲方波电压进行滤波、产生直流电压作用。
57.对于电流取样电路，电流取样电路由电阻器r4和r5、电容器c4构成。起到对直流电压的负载电流进行取样，将电流信号转换为相应的电压信号作用。
58.对于电流反馈控制电路，电流反馈控制电路由电阻器r7-r12、电容器c9-c10、二极管v5、集成电路n101a构成。起到对电流取样电路产生的电压信号进行幅度放大和相位补偿作用。其中，r11用于直流增益放大，r12、c9用于交流增益放大；因此，既能保证对输出电流大小的有效控制，又能保证对输出电流响应速度的有效控制。
59.对于二次滤波电路，二次滤波电路由电感器l4、电阻器r6、电容器c5-c8构成，起到对直流输出电压进行二次滤波，产生更为纯净的直流输出电压作用。
60.对于电压取样电路，电压取样电路由电阻器r14-r16、电容器c11构成，起到对直流电压进行电压取样，将输出电压转换成适合电压反馈控制电路处理的电压取样信号作用。其中，串联阻容电路r16、c11起到电压取样加速功能，提高输出电压的动态响应性能。
61.对于电压反馈控制电路，电压反馈控制电路由电阻器r17-r20、电容器c12-c13、二极管v7、集成电路n101b构成。起到对电压取样电路产生的电压信号进行幅度放大和相位补偿作用。其中，r19用于直流增益放大，r20、c13用于交流增益放大；因此，既能保证对输出电压幅度的有效控制，又能保证对输出电压响应速度的有效控制。
62.对于电压/电流选控电路，电压/电流选控电路由电阻器r13和r21、二极管v6和v8构成，起到对电压反馈和电流反馈进行选择作用。
63.对于磁放大器驱动电路，磁放大器驱动电路由电阻器r22-r24、二极管v9、三极管v10-v11，起到对电压/电流选控电路的输出信号进行功率放大作用。
64.基于本发明设计的一款磁放大器控制电路，其输出电压5v，输出电流范围宽达0～50a。在电流分别为0a、25a、50a时，电压稳压精度分别为0.31％、0.42％、0.67％，有效提高了副路电压的稳压精度，解决了稳压问题。由于本发明磁放大器控制电路及控制方法实现了“零”压降损失，同时提高了开关电源的总体效率。
65.本发明对于开关电源的交调性能、动态性能等方面都有突破性的提高，提高了开关电源的输出电流范围和总体效率。
66.当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。