高频SR型电压调节器的工作原理简介

饱和电抗器SR 在高频脉冲下工作，为减小体积，常用单磁心饱和电抗器作为自动电压调节系统的执行元件，并且磁心上只有一个绕组，兼工作绕组和控制绕组的作用，在脉冲下磁化。

图13.9给出了一个两路输出的高频开关稳压电源（AVR）的原理图，其中5V 这一路是它的主要输出，由开关稳压电源的脉宽调制（PWM）反馈闭环自动调节；12V 这一路为开关稳压电源AVR 的非主要输出，自身没有采取其他稳压措施。现在用高频单铁心饱和电抗器SR 作为执行元件，12V 输出电压被检测后与给定值比较，电压误差经负反馈调节，通过饱和电抗器实现输出自动稳压。SR 电压调节器由主电路和控制电路组成。主电路包括：高频变压器、饱和电抗器SR、整流管VD1和LC 输出滤波器。设SR 磁心的磁回线为理想矩形，SR 改变了加到输出滤波器的电压脉冲宽度，SR 的复位（即磁通到达饱和后的去磁过程）由误差信号经放大电路和复位电路产生的复位信号控制，从而自动稳定12V 输出电压。

SR 相当于一个“可控磁开关”，其输入电压脉冲e1由高频变压器二次侧供给，设脉冲周期为T，脉冲幅值为U1。在正半周期，VD2、VD3截止，VD1正偏，能量经过SR 传输给负载；在负半周期，VD1截止，复位电压UC使VD3正偏，磁心去磁。

图13.9　两路输出的开关稳压电源的SR 电压调节器原理图

在e1作用下，设正半周从t＝0开始，SR 的绕组承受全部脉冲电压U1，磁心的磁状态工作点沿B—H 回线增磁（正向磁化）。令ΔB1为正半周期SR 饱和前的磁感应强度增量，这时候“磁开关”相当于开路，SR 输出电压e2＝0。t＝t1（tSAT）时，SR 进入饱和，等效电感接近于零， “磁开关”相当于短路，SR 输出电压e2为正脉冲，脉冲幅值等于U1，脉冲前沿时间为t1。

负半周期从t＝T/2开始，这时VD1截止，控制电路VD3输出复位电压Uc（或称去磁电压），使SR 的绕组承受一个反电压，磁心复位，同时使SR 输出负脉冲，其幅值U2＝Uc，直到t＝T，一周期结束。故e2为正负不对称的脉冲列，经VD1整流后，产生方波正脉冲列e3，输出给LC 滤波器，e3幅值等于U1，而其一周期平均值即为平均输出电压Uo。

图13.10为SR 增磁、去磁过程示意图。去磁量由复位电压Uc决定，Uc不变，各周期的去磁量也为常数。负半周磁感应强度的复位量（或去磁量）随Uc变化而变化。

去磁时间为e2的负脉冲宽度。设ΔB2为负半周期磁感应强度复位量，则有ΔB1＝ΔB2，即正、负半周SR 的绕组承受电压的伏秒面积应相等：U1t1＝U2t2，即伏秒平衡定律。

图13.11给出SR 电压调节器的工作原理图，控制电路输出用等效电压Uc表示。图13.12 为SR 电压调节器的波形图。

设0＜t＜T/2，e1（t）＝＋40V（U1＝40V）；T/2 ＜t ＜T ，e1（t）＝－40V，T＝10μs，到达饱和时刻t1＝tSAT＝2μs，复位电压Uc＝U2＝－16V，伏秒积分U1t1＝U2t2＝80（V·μs）。

一周期内开关电源平均输出电压（从tSAT积分到T/2）为

工作频率达100k Hz 时，周期Ts很小，仅10μs，饱和电抗器滞后时间为5～10μs。

图13.11中SR 自动调节器的电压调节过程为：设Uo高于12V，若被检测的电压接在正端，则复位电压Uc升高，复位电流加大，饱和电抗器饱和时间推迟（tSAT增大），平均输出电压Uo下降，直到设定值为止。

图13.10　SR 磁心增磁、去磁过程示意图

图13.11　SR 电压调节器的工作原理图

饱和电抗器调节器中的复位电路分电流型和电压型，如图13.13所示。值得注意的是，电流型复位电路工作时，晶体管均处于微导通状态。因此，电流型复位电路的复位电流很小，复位过程不会使饱和电抗器负向饱和。通过反馈电路可以调节复位电流的大小，从而改变饱和电抗器输出电压，实现稳压。(www.xing528.com)

图13.12　SR 电压调节器的波形图

电压型复位电路中，晶体管的等效输出阻抗很大，加在饱和电抗器的反向去磁电压幅度较小，通过反馈电路可以调节晶体管的等效输出阻抗大小，改变饱和电抗器的去磁电压，从而改变其输出电压，实现稳压。

SR 电压调节器有电压型控制和电流型控制两种，如图13.14所示。电压型控制包括：电压检测及误差放大电路、复位电路、控制输出二极管VD3，是单闭环电压调节系统。图13.14（a）为应用TL431管的电压型饱和电抗器调节器原理图。

电流型控制如图13.14（b），有电流检测及电流误差放大电路，形成电流、电压双环控制系统。

图13.13　SR 电压调节器的复位电路

（a）电压型；（b）电流型

图13.14　饱和电抗器调节器的控制

（a）应用TL431管的电压型SR 调节器系统；（b）电流型SR 调节器系统