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. 

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). 

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)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(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. 在共振時(shí),電容器兩端的電壓為-,線圈兩端的電壓為+ . 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.

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(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.