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)。 對於大多數應用來說,這不足以產生足夠的磁場。 對於高磁場應用,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,新增串聯電容器,如圖2所示。串聯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)完全抵消了電感電抗。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範圍內工作。 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。由於寄生電阻一般較小,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,串聯電容計算為317pf。 電容應為高頻(低esr等效串聯電阻)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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