電壓放大器應用—如何使用諧振技術驅動高頻電磁體

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）。 對于大多數應用來說，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）*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。