電壓放大器應(yīng)用—如何使用諧振技術(shù)驅(qū)動(dòng)高頻電磁體

諸如繼電器，螺線管，電感器，亥姆霍茲線圈，電磁體和電動(dòng)機(jī)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(qū)動(dòng)高電流通過線圈。 線圈的電感足夠低，可以直接由放大器驅(qū)動(dòng)，如圖1所示。線圈可以建模（簡(jiǎn)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(qū)動(dòng)具有寄生電阻的電感線圈。

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

諧振技術(shù)

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

圖2.波形放大器在諧振時(shí)驅(qū)動(dòng)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(shí)，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(qū)動(dòng)高電流（LCR）。 這種方法使高電流放大器驅(qū)動(dòng)器能夠驅(qū)動(dòng)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(nèi)工作。 諧振技術(shù)的缺點(diǎn)是您需要在更改頻率時(shí)更改電容。

為了進(jìn)一步了解諧振時(shí)的阻抗消除，請(qǐng)看使用了2mH電磁閥和200kHz頻率的圖3。 在共振時(shí)，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(shí)的短路。 波形放大器只會(huì)將電感的寄生電阻看作負(fù)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(qū)動(dòng)高電流。 根據(jù)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(shí)，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(jì)算，串聯(lián)電容計(jì)算為317pF。 電容應(yīng)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(jì)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。