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西安安泰電子科技有限公司
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電壓放大器應用—如何使用諧振技術驅動高頻電磁體

時間:2020/3/16閱讀:350
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諸如繼電器,螺線管,電感器,亥姆霍茲線圈,電磁體和電動機的電磁線圈通常需要大電流和高頻操作。在低頻下,使用波形放大器,可以直接驅動高電流通過線圈。 線圈的電感足夠低,可以直接由放大器驅動,如圖1所示。線圈可以建模(簡單模型)作為與理想電感串聯(lián)的寄生電阻。寄生電阻一般較小。

 

圖1.波形放大器直接驅動具有寄生電阻的電感線圈。

另一方面,在高頻時,線圈或電感器的阻抗隨頻率而增加。 Z =jωL。 在高頻時,線圈阻抗非常高,因此需要高電壓來驅動大電流通過螺線管線圈。例如,在200kHz時,2mH電磁體的阻抗將為2512歐姆。 如果以40V驅動電磁線圈,則可以獲得約16mA(40V / 2512歐姆=16mA)。 對于大多數(shù)應用來說,這不足以產生足夠的磁場。 對于高磁場應用,需要通過線圈的較高電流。 為了通過線圈驅動1A大電流,需要2512V! 在200kHz時難以產生2kV。

諧振技術

為了在繼電器和亥姆霍茲線圈等線圈中實現(xiàn)大電流和高頻電磁場,本應用使用了諧振技術。

 

圖2.波形放大器在諧振時驅動通過線圈的高電流。

為了在諧振模式下操作線圈,添加串聯(lián)電容器,如圖2所示。串聯(lián)電容器阻抗的極性與電感相反。 因此,電容器用作阻抗消除裝置。 它降低了總阻抗。 在諧振時,電容器電抗(阻抗的虛部)*抵消了電感電抗。那就是電感和電容的電抗是相等的極性相反的極性。 只有電感的寄生電阻殘留。 只有電阻保持不變,波形放大器即使在高頻下也可以通過電路驅動高電流(LCR)。 這種方法使高電流放大器驅動器能夠驅動大電流通過高頻線圈,但是它只能在諧振附近的非常窄的頻率范圍內工作。 諧振技術的缺點是您需要在更改頻率時更改電容。

為了進一步了解諧振時的阻抗消除,請看使用了2mH電磁閥和200kHz頻率的圖3。 在共振時,電容器兩端的電壓為-2.5kV,線圈兩端的電壓為+ 2.5kV。 因此,電容器和電感器的串聯(lián)電壓為0V。 因此,LC作為共振時的短路。 波形放大器只會將電感的寄生電阻看作負載。由于寄生電阻一般較小,所以波形放大器即使在高頻下也可以通過螺線管線圈驅動高電流。 根據基爾霍夫電壓定律,閉環(huán)中的電壓總和為零。

圖3.在諧振時,電感和電容的阻抗相互抵消,起到類似短路的作用。

電容選擇

選擇串聯(lián)電容器,使得電容器電抗與給定諧振頻率下的線圈阻抗相同。

使用上述示例為2mH亥姆霍茲線圈和200kHz計算,串聯(lián)電容計算為317pF。 電容應為高頻(低ESR等效串聯(lián)電阻)和低ESL(靜電感抗)。 電容必須為高電壓額定值。 額定電壓計算如下:

I為峰值電流

使用上述示例,額定電壓必須至少為2.5kV(V = 1A * 2512ohm = 2512V)。 在使用更高電流的情況下,需增加額定電壓額定值。

 

 

 

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