ZHCAF48 March   2025 TSD5402-Q1

 

  1.   1
  2.   摘要
  3.   商标
  4. 1旋转变压器和 LVDT 传感器简介
  5. 2传统激励放大器
  6. 3使用 D 类放大器的激励放大器
  7. 4D 类旋转变压器激励设计细节
    1. 4.1 功率级组件选择
    2. 4.2 输入滤波器元件选择
  8. 5实践实验
    1. 5.1 测试设置
    2. 5.2 默认条件下的输出波形
    3. 5.3 放大器传递函数
    4. 5.4 使用 PWM 生成基准信号
    5. 5.5 热成像和线性设计的比较
    6. 5.6 输出频谱
    7. 5.7 总谐波失真 (THD)
    8. 5.8 故障事件
  9. 6总结
  10. 7参考资料

功率级组件选择

旋变压器次级绕组空载运行。因此,旋转变压器初级(励磁)线圈主要用作电感器。电感器和电容器不能耗散任何功率。因此,旋转变压器励磁在功率因数接近零的情况下运行,仅消耗无功功率。无功功率使电源(放大器)升温。

有多种方法可以分析功率级:

  • 考虑功率因数
  • 分析阻抗网络
  • 频域分析,但结果都一样。
 D 类功率级分析图 4-2 D 类功率级分析

图 4-2–电路 A 简化了功率级的分析。电容器 C10、C17 的值明显较小,我们可以在分析时忽略它们。此外,功率级对称,因此电感器值 L2、L3和电容器值 C9、C16 相同。电压源 VOUTP 和 VOUTN 始终为正(相对于接地)。这实际上使旋转变压器测得的电压加倍。图 4-2–电路 B 进一步简化了用于分析的电路。输出电容器 C9 和 C16 与旋转变压器绕组的串联组合形成一个并联谐振电路(谐振回路)。

了解旋转变压器激励背景下的并联谐振回路概念非常重要。在谐振频率下,流经电容器的电流会抵消流经电感器的电流。谐振电路的阻抗变为无穷大,而谐振回路的电流降至零。由于激励频率保持恒定,因此使用谐振在旋转变压器应用中很有用。通过仔细选择并联电容器,工程师可以降低旋变激励放大器的功耗并显著改善热性能。图 4-3 展示了图 4-4 中电路的阻抗图。谐振峰值出现在 6.9kHz,此时阻抗增加到 144Ω。在标称激励频率 fEXC=10kHz 时,阻抗为 57Ω。

 并联谐振回路的阻抗图图 4-3 并联谐振回路的阻抗图
 并联谐振回路仿真电路 (QSPICE)图 4-4 并联谐振回路仿真电路 (QSPICE)

并联电容的设置方式是使谐振在激励频率下发生。但是,还有其他注意事项。值容差会使谐振频率上下移动。此外,多层陶瓷电容器 (MLCC) 有直流偏置降额。功率级的输出电容还定义了输出纹波。减小电容会增加输出纹波。为了保持输出纹波,L2、L3 的电感必须成比例升高。较高的电感会降低通过功率级的纹波电流,并保持与器件数据表中的电路相似的截止频率。电感器 L2、L3 及电容器 C9、C16 的电流值是输出纹波、截止频率和电感器尺寸之间良好折衷的结果。大约 6.9kHz 处的谐振峰值恰好位于 5 至 10kHz 的期望激励频率范围的中间。