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表征电源设备高性能的指标不仅是电参数，对现代电子产品来说，也同时要求其小型化、高效率、低噪声、高可靠性和低成本。在电源设备中，磁性元件的功能是滤除电磁噪音、功率变换、电气隔离、贮能和控制。人们曾经一度使用磁放大器进行高功率电源系统的控制。后来，在电源设备中一般使用高速半导体（如MOSFET和IGBT）作开关，采用高频开关方式是实现电源小型化的有效技术手段。为控制变换器的输出电压，需要使用专用的控制ICT驱动器（例如IR2110模块），以便使高压端功率半导体隔离。此外，功率半导体开关存在一些寄生电容，该寄生电容的充电和放电要消耗功率，会限制变换器在高频下工作的性能。关于开关电源的小型化问题，之前已广泛讨论过高频共振式变换器，其结论是，高频共振式变换器的确是解决普通PWM变换器中的开关功率损耗和开关浪涌噪声问题的有效方案。但是，传统的高频共振式变换器也存在一些问题需要解决，如开关时有上限电压和电源应力的限制，会增加传导损耗以及电压调节有些困难。
为了解决开关电源的控制电路和驱动器存在的问题，人们相继研发报道过用饱和磁心的PWM控制变换器和用饱和电感进行脉冲共振软开关变换器来解决主开关中存在的问题。本文介绍一种高性能功率变换器采用的混合型磁性元件，用来综合解决电源系统的控制电路、驱动器和主开关等存在的问题，它包含了自激振荡PWM控制电路、隔离驱动电路，还有用脉冲共振给主开关寄生电容充电以及使驱动电路换向等。使用了这种混合磁性元件，使电路结构变得更简单、效率更高。为此，将饱和变换器中的混合磁性元件用以控制和隔离驱动，用线性电感器降低开关电磁噪声和开关损耗。随着小尺寸、高效率、低噪声和低成本高性能的功率变换器不断创新和推进，混合集成磁性元件也在不断发展进步。
图1是一种混合磁性元件的基本电路图，它包含了饱和变压器(ST)和线性电感器(LS)。由图可见，从饱和变压器(ST)初级绕组(NPI)流过FET1的小漏极电流正反馈给栅极绕组N，使其可以维持自激振荡。CS和CG分别是FET2杂散漏极——源极间的电容和栅源电容，它们和LS一起被用作脉冲共振软开关。图2是自激振荡PWM控制脉冲软开关DC-DC变换器基本电路的波形，开关频率为120kHz。图2所示为，曲线1是FET1之漏极——源极两端的电压；曲线2是通过初级绕组NP的电流；曲线3是FET1栅极绕组Ng1两端的电压；曲线4是流经Ng1的电流。在这个基本电路的波形图中可见，在t1时，FET1导通，之后，ST的磁通量按Np两端电压的时间积分增大，直到t2。在达t2时，ST饱和，于是，Ng1的饱和电感与FET1通过Dg1的栅源电容，按电流轨迹（即曲线4）发生共振。届时，由于共振电流被Rg1截获，于是从FET1到FET2发生突变。在t3时，FET1断开，之后，LS和FET1之漏极——源极电容CS间按电流轨迹（即曲线2）发生共振。在t4时，完成了从FET1到FET2之间的换向，于是LS中剩余的能量通过FET2的体二极管回复到源极。届时，FET2的栅极电压随电流通过Np，Ng2，和Rg2上升。此后，FET2保持导通(ON)状态，其电压轨迹（即曲线3）几乎为零。从t5到t6，ST的磁通，经电压源和FET2，以Np两端电压的时间积分复原。图3所示为每一种状态的等效电路图。
现在，我们回看图1，如果图中的C1和C2相等，则电路的工作比就是50%，变换器的输出电压即为1/2Ei。但是，该电路的工作比易受一些因素的影响而发生偏置，例如，因受控制电路RC的变化而改变。为使电路有效工作，可以采用光耦合器等，以输出电压的反馈控制偏置。实验证明，在2kW的实用变换器中，其变换效率可达98%。
本文介绍的混合磁性元件的主要技术规格参数列于表1。
表1 混合磁性元件的技术参数
ST MS12-8-4.5W
外径 12mm
内径 8mm
高度 4.5mm
总磁通量 6.31μwb
容纳功率 197μwb mm2
Np 100匝
Ng 10匝
LS：10m直径空心线圈，100匝，100μH
参考文献（略）
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