基于磁放大器的ATX电源的设计

3 3．3V磁放大器稳压电路的设计
PC开关电源中的3．3V磁放大器稳压电路如图3所示。磁放大器由取样电路(R24和R26)、可调式精密并联稳压器(TL43 1)、磁复位控制电路(3A／40V的PNP功率管TIP32)、可控磁饱和电感器(L4)等构成。3．3V电压经过R24和R26分压后获得取样电压UO，接至TL431的输出电压设定端(UREF)，与TL43 1中的2．5V带隙基准电压进行比较后获得误差电压Ur，经R27加到VT2的基极上，VT2的集电极电流经过超快恢复二极管VD9(UF4002)流到L4的右端。输出整流管和续流二极管公用一只由安森美公司生产的MBR2045型20A／45V肖特基对管VD7，内含整流管VD7a和续流二极管VD7b。C14为输出滤波电容器。由L6、C15构成后置滤波器。

现对磁放大器的工作原理分析如下：当单片开关电源内部的MOSFET导通时，输出整流管VD7a截止，VD7b导通，由储存在C14、C15上的电能继续给负载供电。此时L4对高频开关电流呈高阻抗。当MOSFET关断时，VD7a并不立即导通，而是经过一段延迟时间才能导通。由于磁复位电流的存在，二次绕组的正向电流必须先将磁复位电流抵消掉，L2上才能流过正向电流，使L2进入磁饱和状态并呈现低阻抗，进而VD7a导通。磁复位的持续时间即阻断输出的延迟时间。此后输出被接通，除给负载供电之外，还有一部分能量储存在输出滤波电容器C14、C15中，以便在VD7a截止时能维持输出电压不变。
举例说明，当负载突然变轻而导致UO1(3．3V)输出电压升高时，取样电压UQ也随之升高，进而使误差电压Ur升高。Ur经过VT2、VD9输出的磁复位电流增大，使磁复位时间延长，输出脉冲宽度减小，使UO1又降至3．3V。反之亦然。因此，磁放大器可等效于一个脉宽调制器，通过精细调节脉冲宽度，可达到精密稳压目的。这就是磁放大器的稳压原理。
传统的铁氧体磁心采用晶态结构的材料，其原子在三维空间内做有序排列而形成点阵结构。而非晶态合金是指物质从液态(或气态)急速冷却时，因来不及结晶而在常温下原子呈无序排列状态。非晶态合金的制造工序简单，节能效果显著，它属于新型绿色环保材料。非晶态合金具有高磁导率、高矩形比、磁心损耗低、高温稳定性好等优点，这种材料适合制作可控磁饱和电感器，用于计算机的ATX电源中。
L4采用美国Metglas公司生产的MP1305P4AS型高性能非晶态合金磁环，用φ0．10mm漆包线均匀绕制7匝。常用非晶态磁环典型产品的主要参数见附表。MP1 305P4AS型号中的“13”代表外径为1 3mm(标称值)， “5”代表高度为5mm(标称值)。其磁路长度为3．46cm，有效横截面积为0．057cm2，质量为1．50g，饱和磁通密度为0．57T，矩形比为0．86，电阻率为0．142μΩ・cm，磁心损耗为318mW，长期工作温度120℃，居里点温度为225℃(超过此温度时磁滞现象会消失)。
MP1 305P4AS的B-H曲线(亦称磁滞回线)如图4所示，B代表磁通密度(单位是T)，H代表磁场强度(单位是A／m)，图中的实线和虚线分别对应于100kHz、200kHz开关频率。

4 145W多路输出式PC开关电源的主电路设计
由单片开关电源集成电路TOP247Y构成145W多路输出式PC开关电源的主电路如图5所示。交流输入电压范围是90～1 30V(典型值为110V)或180～265V(典型值为220V)。3路输出分别为UO1(+1 2V，4．75A)；UO2(+5V，1 1A)，UO3(+3．3V，10A)。为了能与AT电源兼容，高频变压器并没有专门的+3．3V绕组，而是利用5V绕组电压，通过外部磁放大器电路获得+3．3V输出，这样可简化高频变压器的设计。利用磁放大器还能进一步提高了稳压性能。总输出功率为145W，峰值输出功率可达160W。增加了遥控通／断电路，能远程控制开关电源的通、断状态。其电源效率η≥71％。当输入功率仅为0．91W时，输出功率可达0．5W，其功耗仅为0．41W，符合在这种情况下电源功耗不得超过1W的规定。S为110V／220V交流输入电压选择开关。利用晶体管VT2、VT3、电阻R1、R2、R3、R5和R6来代替均衡电阻，构成滤波电容C2、C3的均压电路。