高感抗性负载驱动电路的设计改进
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参 邱关源 电路 北京 高等教育出版社
≈日
考
文
献
藤他卡喜 日本最新线性集成电路手册 中南工业大学出版社
×
∞
° ƒ
∂ ∞⁄ ⁄∞≥
ƒ ⁄ ⁄ ≤× ∂ ∞
∂ ⁄
∏
≤
≤
×
Λιυ Λιπ ινγ
≤ ∏ × ×
Αβστραχτ ∏
× ∏ √ √ × × √ ∏ ∏ √ ∏ √ √ ∏
√ 2 2
Κ εψ ωορδσ
两种驱动电路特性对比 器件 通用性 较差 优良 功放电路 功放电 路形式 功率 因数
◊ ◊
电源电 路形式 分立元件 稳压 集成稳压
连续工作 检测结果 不可靠 稳定
大功率功放 分立元件 中小功率 集成功放
从表
中可见这种高阻抗感性负载驱动电路是一种理想的! 实用的驱动电路
结
论
对高感抗性负载或容性负载驱动电路设计时 输出端采用串联补偿电容或电感可降 低电源电压和功放输出电压 从而 直流稳压! 功放均可采用小功率集成电路 电路工作可靠性高 驱动电路设计简单! 制作方便 实际制作电路成本低! 体积小
1 ∂ ΥΛ ∂ Ι ΥΖ Ζ •
1 ∂
可看出 整个高感抗性大功率负载串联回路产生串联谐
振 由 Ι ΥΖ Ζ 可知 高感抗性负载 Ζ 达到额定功率 可见电路设计方案可行 在相同负载参数条件下 比较这两种电路的特性和指标 如表 所示
表 电源电压 传统方法设计 的驱动电路 新设计的驱动 电路
? ? ∂ ∂
电流源激励时 Υ 最小 电感和电容上的电压大小相等 相位相反 互相补偿 其值为 Υ 的 Θ 倍 根据串联电路谐振理论及特性 可应用于高阻抗感性负载电路的设计 若在 实际的高阻抗回路中串入与负载电抗性质相反的电抗性元件 并使电路谐振 提高负载 功率因数 从而使电源电压和驱动电路的输出电压大幅度降低 设计出易实施性能高的 电源电路和高阻抗负载驱动电路
期
高感抗性负载驱动电路的设计改进
刘利平
电源质量指标不易满足功放电路要求 功率放大级对所用元器件要求很高 只能采用分立元件电路 功放电路本身功耗 较大 发热量大 容易产生非线性失真 输出电压较高 要求放大电路放大倍数大 易产生自激而影响电路工作的稳定 性 针对传统设计方法所存在的上述问题 着重考虑如何提高输出级负载 Ζ 的功率因 数 降低电源电压 从而找出了设计高阻抗感性负载驱动电路的新方案
并耐工作电压 Υ Χ Θ Υ
•
∂
图
输出电压波形
图
负载电压波形
若集成功放采用单电源供电 由上述知 电源电压应大 于 Υ ο
#
•
总第
期
高感抗性负载驱动电路的设计改进
刘利平
取电源电压 Υ ∂ 电源供出的电流应大于 Ι 如此低的电压和小的电流 可选用高性能的三端固定集成稳压电路 如 × 以上所设计电路 经装配! 调试 用示波器 ≠ 实测功放输出电压和负载电压 图 所示 Υ 波形如图 从示波器实测波形 图
基本原理
在 Ρ Λ Χ 串联电路中 若激励源的频率或电抗性元件参数变化时 可使电路中电 容和电感的电抗互相抵消 电路的总电抗为零 电路中的总电压和总电流同相位 此时 电路呈纯电阻性 Ρ Λ Χ 串联电路的这种工作状态称为串联谐振 图 Χ 串联电路总阻抗为
Ζ Ζ Ρ Ρ 1ΞΛ 1ΞΛ Υ Ρ ΙΡ 1ΞΛ 1ΞΛ ΞΧ 2 ΞΧ 2
所示 满足
∂
图 新设计的驱动电路框图
负载所需的功率或电流时 功放级的输出电压仅为 功放级可选用低压型高性能的中小集成功放 如 × 等 振荡电路经中 Λ°≤ 间耦合至集成功放 后者选用由通用型集成运放组成的放大电路 前者选用 或 集成函数发生器 负载中所串的电容 Χ 应能满足 Χ
1 Λƒ ΞΛ Πφ Λ •
年第 总第 期
卷第
期
华
北
工
学
院
学
报
∂ ≥∏
ϑΟ Υ Ρ ΝΑΛ Ο Φ ΝΟΡ ΤΗ ΧΗ ΙΝΑ ΙΝΣΤΙΤΥ ΤΕ ΟΦ ΤΕ ΧΗ ΝΟΛΟΓ Ψ
高感抗性负载驱动电路的设计改进
Ξ
刘利平
华北工学院 太原
摘
要
本文讨论了高感抗性负载驱动电路设计的新方法 为了克服传统驱动
∂ 直流电源电压条件下 即可直接驱动高感抗大功率负
Ζ • ∂ ΥΛ ΥΛ
路框图如图
可求出 Ζ 所以 Υ Λ Ι Λ
∂
图
传统驱动电路框图
若功放电路选用乙类互补对称电路 则源自文库源电压不得低于 ? ∂ 电压 无论对电源本身 还是功放电路均带来一连串较难解决的问题 差
Ξ
如此高的电源
高电压电源电路设计必须采用分立元件构成的稳压电路 电路复杂 且可靠性
收稿日期
总第
电路设计和实测数据
以高阻抗负载参数和设计要求为例 即 Ι Λ ∴ 设计该负载的驱动电路和电 Π φ Π≅ 源电路 由于本例给出的负载为感性 应用串联谐振理 论和特性 在负载回路中串入适当数值的补偿电容
Χ 构成 Ρ Λ Χ 串联回路 并使回路在 φ ΖΛ 1 ≅ Ξ Ξ
频率上产生谐振 电路框图如图
Υ Ι ΡΛ 1 ≅
ΞΛ ΞΧ φ Π ΛΧ Ζ Ρ α Υ α Ι Ζ ΡΙ
由图
图
可知
华
北
工
学
院
学
报
年第
期
α ΥΧ
α α Ι ΥΛ ΞΧ
Ξ ΧΙ
因为 Ξ Λ
Υ Ζ
α Ξ Χ 所以 Υ Χ ΞΛ Υ
α ΥΛ
其向量图如图
所示 并可得到 Υ Λ
ΥΧ
Ι # ΞΛ
ΞΛ ΘΥ 式中 Θ 为品质因数 当 φ 较高时 Θ 通常为几十至几百 Ρ 由前述可知 Ρ Λ Χ 串联回路谐振时 阻抗呈电阻性且最小 Υα 与 Ια同相位 当
图
Ρ Λ Χ 串联回路模型
所示的 Ρ
Λ
ΞΧ 2 ΞΧ 2
电路中的电压和电流的大小为
Ι Υ
若用恒压源激励 由式 率特性曲线 如图 所示
和式
可得阻抗 可得电压 Υ 的频
Ζ 和电流 Ι 的幅频特性曲线 如图
所示 若以恒流源激励 由式
图
恒压源电流幅频特性
图
恒流源电压幅频特性
图
谐振时相量图
当 Ξ Ξ 时 Ζ 为最小 恒压源激励时 Ι 为最大 恒流源激励 时 Υ 为最小 该点为谐振点 设谐振时的频率! 阻抗! 总电压! 总电流分别为 Ξ Ζ α α Υ 和 Ι 谐振时
电路在设计过程中存在的缺点 笔者用串联谐振的原理 使高感抗性负载的功 率因数提高 仅在 载 这种驱动电路和传统驱动电路相比 具有良好的可靠性 关键词 功率因数 串联谐振 高感抗性负载
分类号 ×
引
言
在电子电路的设计和应用过程中 经常会遇到各种类型的检测线圈组件 如用于探 测和检测的各类传感器 它们均属于高感抗性负载 这种高阻抗感性负载在电子电路中运用非常广泛 因而 合理设计它的驱动电路有 积极意义 用传统的设计思想构思的电 所示 其中在负载 Ζ 的复 合量中 Ρ 为 8 左右 Λ 为 1 左右 而负载电流 Ι 应大于 函数发生器在保证信号不失真的条件 下 放大级传送信号到功放电路 功放 电路必须要求高电源电压 方可直接驱 动负载 Ζ 设 φ • 8 且 Ι Λ∴
≈日
考
文
献
藤他卡喜 日本最新线性集成电路手册 中南工业大学出版社
×
∞
° ƒ
∂ ∞⁄ ⁄∞≥
ƒ ⁄ ⁄ ≤× ∂ ∞
∂ ⁄
∏
≤
≤
×
Λιυ Λιπ ινγ
≤ ∏ × ×
Αβστραχτ ∏
× ∏ √ √ × × √ ∏ ∏ √ ∏ √ √ ∏
√ 2 2
Κ εψ ωορδσ
两种驱动电路特性对比 器件 通用性 较差 优良 功放电路 功放电 路形式 功率 因数
◊ ◊
电源电 路形式 分立元件 稳压 集成稳压
连续工作 检测结果 不可靠 稳定
大功率功放 分立元件 中小功率 集成功放
从表
中可见这种高阻抗感性负载驱动电路是一种理想的! 实用的驱动电路
结
论
对高感抗性负载或容性负载驱动电路设计时 输出端采用串联补偿电容或电感可降 低电源电压和功放输出电压 从而 直流稳压! 功放均可采用小功率集成电路 电路工作可靠性高 驱动电路设计简单! 制作方便 实际制作电路成本低! 体积小
1 ∂ ΥΛ ∂ Ι ΥΖ Ζ •
1 ∂
可看出 整个高感抗性大功率负载串联回路产生串联谐
振 由 Ι ΥΖ Ζ 可知 高感抗性负载 Ζ 达到额定功率 可见电路设计方案可行 在相同负载参数条件下 比较这两种电路的特性和指标 如表 所示
表 电源电压 传统方法设计 的驱动电路 新设计的驱动 电路
? ? ∂ ∂
电流源激励时 Υ 最小 电感和电容上的电压大小相等 相位相反 互相补偿 其值为 Υ 的 Θ 倍 根据串联电路谐振理论及特性 可应用于高阻抗感性负载电路的设计 若在 实际的高阻抗回路中串入与负载电抗性质相反的电抗性元件 并使电路谐振 提高负载 功率因数 从而使电源电压和驱动电路的输出电压大幅度降低 设计出易实施性能高的 电源电路和高阻抗负载驱动电路
期
高感抗性负载驱动电路的设计改进
刘利平
电源质量指标不易满足功放电路要求 功率放大级对所用元器件要求很高 只能采用分立元件电路 功放电路本身功耗 较大 发热量大 容易产生非线性失真 输出电压较高 要求放大电路放大倍数大 易产生自激而影响电路工作的稳定 性 针对传统设计方法所存在的上述问题 着重考虑如何提高输出级负载 Ζ 的功率因 数 降低电源电压 从而找出了设计高阻抗感性负载驱动电路的新方案
并耐工作电压 Υ Χ Θ Υ
•
∂
图
输出电压波形
图
负载电压波形
若集成功放采用单电源供电 由上述知 电源电压应大 于 Υ ο
#
•
总第
期
高感抗性负载驱动电路的设计改进
刘利平
取电源电压 Υ ∂ 电源供出的电流应大于 Ι 如此低的电压和小的电流 可选用高性能的三端固定集成稳压电路 如 × 以上所设计电路 经装配! 调试 用示波器 ≠ 实测功放输出电压和负载电压 图 所示 Υ 波形如图 从示波器实测波形 图
基本原理
在 Ρ Λ Χ 串联电路中 若激励源的频率或电抗性元件参数变化时 可使电路中电 容和电感的电抗互相抵消 电路的总电抗为零 电路中的总电压和总电流同相位 此时 电路呈纯电阻性 Ρ Λ Χ 串联电路的这种工作状态称为串联谐振 图 Χ 串联电路总阻抗为
Ζ Ζ Ρ Ρ 1ΞΛ 1ΞΛ Υ Ρ ΙΡ 1ΞΛ 1ΞΛ ΞΧ 2 ΞΧ 2
所示 满足
∂
图 新设计的驱动电路框图
负载所需的功率或电流时 功放级的输出电压仅为 功放级可选用低压型高性能的中小集成功放 如 × 等 振荡电路经中 Λ°≤ 间耦合至集成功放 后者选用由通用型集成运放组成的放大电路 前者选用 或 集成函数发生器 负载中所串的电容 Χ 应能满足 Χ
1 Λƒ ΞΛ Πφ Λ •
年第 总第 期
卷第
期
华
北
工
学
院
学
报
∂ ≥∏
ϑΟ Υ Ρ ΝΑΛ Ο Φ ΝΟΡ ΤΗ ΧΗ ΙΝΑ ΙΝΣΤΙΤΥ ΤΕ ΟΦ ΤΕ ΧΗ ΝΟΛΟΓ Ψ
高感抗性负载驱动电路的设计改进
Ξ
刘利平
华北工学院 太原
摘
要
本文讨论了高感抗性负载驱动电路设计的新方法 为了克服传统驱动
∂ 直流电源电压条件下 即可直接驱动高感抗大功率负
Ζ • ∂ ΥΛ ΥΛ
路框图如图
可求出 Ζ 所以 Υ Λ Ι Λ
∂
图
传统驱动电路框图
若功放电路选用乙类互补对称电路 则源自文库源电压不得低于 ? ∂ 电压 无论对电源本身 还是功放电路均带来一连串较难解决的问题 差
Ξ
如此高的电源
高电压电源电路设计必须采用分立元件构成的稳压电路 电路复杂 且可靠性
收稿日期
总第
电路设计和实测数据
以高阻抗负载参数和设计要求为例 即 Ι Λ ∴ 设计该负载的驱动电路和电 Π φ Π≅ 源电路 由于本例给出的负载为感性 应用串联谐振理 论和特性 在负载回路中串入适当数值的补偿电容
Χ 构成 Ρ Λ Χ 串联回路 并使回路在 φ ΖΛ 1 ≅ Ξ Ξ
频率上产生谐振 电路框图如图
Υ Ι ΡΛ 1 ≅
ΞΛ ΞΧ φ Π ΛΧ Ζ Ρ α Υ α Ι Ζ ΡΙ
由图
图
可知
华
北
工
学
院
学
报
年第
期
α ΥΧ
α α Ι ΥΛ ΞΧ
Ξ ΧΙ
因为 Ξ Λ
Υ Ζ
α Ξ Χ 所以 Υ Χ ΞΛ Υ
α ΥΛ
其向量图如图
所示 并可得到 Υ Λ
ΥΧ
Ι # ΞΛ
ΞΛ ΘΥ 式中 Θ 为品质因数 当 φ 较高时 Θ 通常为几十至几百 Ρ 由前述可知 Ρ Λ Χ 串联回路谐振时 阻抗呈电阻性且最小 Υα 与 Ια同相位 当
图
Ρ Λ Χ 串联回路模型
所示的 Ρ
Λ
ΞΧ 2 ΞΧ 2
电路中的电压和电流的大小为
Ι Υ
若用恒压源激励 由式 率特性曲线 如图 所示
和式
可得阻抗 可得电压 Υ 的频
Ζ 和电流 Ι 的幅频特性曲线 如图
所示 若以恒流源激励 由式
图
恒压源电流幅频特性
图
恒流源电压幅频特性
图
谐振时相量图
当 Ξ Ξ 时 Ζ 为最小 恒压源激励时 Ι 为最大 恒流源激励 时 Υ 为最小 该点为谐振点 设谐振时的频率! 阻抗! 总电压! 总电流分别为 Ξ Ζ α α Υ 和 Ι 谐振时
电路在设计过程中存在的缺点 笔者用串联谐振的原理 使高感抗性负载的功 率因数提高 仅在 载 这种驱动电路和传统驱动电路相比 具有良好的可靠性 关键词 功率因数 串联谐振 高感抗性负载
分类号 ×
引
言
在电子电路的设计和应用过程中 经常会遇到各种类型的检测线圈组件 如用于探 测和检测的各类传感器 它们均属于高感抗性负载 这种高阻抗感性负载在电子电路中运用非常广泛 因而 合理设计它的驱动电路有 积极意义 用传统的设计思想构思的电 所示 其中在负载 Ζ 的复 合量中 Ρ 为 8 左右 Λ 为 1 左右 而负载电流 Ι 应大于 函数发生器在保证信号不失真的条件 下 放大级传送信号到功放电路 功放 电路必须要求高电源电压 方可直接驱 动负载 Ζ 设 φ • 8 且 Ι Λ∴