微型電機(jī)電源的設(shè)計(jì)

　　摘要：某微型電機(jī)電源是將220V/50Hz的交流電，轉(zhuǎn)換為兩相相位差為90°、頻率為1.5kHz的方波信號(hào)，并且為了克服以往微型電機(jī)有時(shí)在低壓時(shí)無法啟動(dòng)時(shí)的現(xiàn)象。本文根據(jù)微型電機(jī)在低壓下可靠啟動(dòng)的要求，設(shè)計(jì)了一種高低壓轉(zhuǎn)換電路，以達(dá)到高壓啟動(dòng)低壓運(yùn)行。

　　引言

　　微型電機(jī)電源用于雙子動(dòng)壓陀螺電機(jī)，驅(qū)動(dòng)陀螺電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)，并需要角動(dòng)量。微型電機(jī)電源的輸入為220V/50Hz的交流電，輸出兩項(xiàng)相位差為90°，頻率為1.5kHz的方波，其原理框圖如圖1。這其實(shí)是一個(gè)AC-DC-AC轉(zhuǎn)換電路，因此主要包括兩大部分電路，即直流部分和交流部分。

　　直流部分電路

　　微型電機(jī)電源的直流部分輸入電壓為220V/50Hz交流電源，通過電源變壓器降壓后，經(jīng)整流、濾波及穩(wěn)壓電路的輸出直流電壓。這部分可以說是比較常用的線路，但由于微型電機(jī)電源要求在電機(jī)啟動(dòng)60s前，輸出電壓為25V;60s后，輸出電壓為20V。而最終輸出的交流電壓的幅值是由前級(jí)的直流電壓決定的，因此，就需要在直流電壓的輸出增加一部分電平轉(zhuǎn)換電路，來控制電路最終的交流輸出。

　　微型電機(jī)電源的高低壓電平轉(zhuǎn)換電路主要采用的是三端可調(diào)式穩(wěn)壓器W117和W137，該穩(wěn)壓器鏈接方式簡便，有多種封裝形式，由于此電路要求的電流較大為1A(可以同時(shí)帶動(dòng)多個(gè)馬達(dá)，大大提高了效率這也是此電源的優(yōu)點(diǎn))，因此采用了F-2型的，以保證電流。具體的電路是通過雙單穩(wěn)觸發(fā)器CC4098產(chǎn)生一個(gè)延時(shí)脈沖，延時(shí)時(shí)間可調(diào)節(jié)，由這個(gè)延時(shí)脈沖控制穩(wěn)壓器W117和W137，穩(wěn)壓器W117和W137及其外圍電路如圖2。

　　圖2中的N1為三端可調(diào)式正電壓穩(wěn)壓器W117，延時(shí)脈沖有兩點(diǎn)輸入，前60s為低電平，三極管V1不導(dǎo)通，輸出電壓按公式Uo=1.25(1+R4/R3)Ui輸入電壓計(jì)算。

　　60s后高電平到來，三極管V1導(dǎo)通，電阻R5并入電路，即與R4并聯(lián)，R4并聯(lián)R5后阻值小于R4，按公式計(jì)算Uo減小，即達(dá)到了高低電平的轉(zhuǎn)換。由于W137是負(fù)電壓工作，因此還需將延時(shí)脈沖反相后經(jīng)1點(diǎn)輸入，其余工作原理與W117相同。

　　交流部分

　　微型電機(jī)電源的交流部分采用的是通過晶振及分頻電路得到需要的頻率，由雙D觸發(fā)器分相后，再經(jīng)過功率放大電路完成電流放大功能。

　　微型電機(jī)電源的交流部分采用晶振、分頻及分相電路是一些常用線路，主要技術(shù)難點(diǎn)是功率放大電路。功率放大電路的起初的試驗(yàn)階段采用的是經(jīng)典電路，電路圖如圖3(圖3中只給出了其中一相的電路，另外一相原理相同)。在對(duì)經(jīng)典的功放電路實(shí)際測(cè)試過程發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電機(jī)電源頻率在800Hz以下電路工作正常，當(dāng)頻率大于1kHz時(shí)或電壓過大時(shí)輸出波形發(fā)生了嚴(yán)重的畸變，電源輸出不穩(wěn)定，為此設(shè)計(jì)人員做了大量的實(shí)驗(yàn)，更換穩(wěn)壓二極管VD1、VD2，提高后綴工作電壓Uo等試驗(yàn)后，均沒有明顯的改善。最后經(jīng)過理論分析后發(fā)現(xiàn)，VMOS管的柵極和漏極之間存在一個(gè)電容Cdg，影響了VMOS管的開關(guān)速度。當(dāng)頻率和電壓比較低時(shí)，這種影響可以忽略不計(jì)：而當(dāng)頻率過高或工作電壓過大時(shí)，這種現(xiàn)象就很明顯的表現(xiàn)出來了，因此，就需要提高VMOS管的開關(guān)速度，抵消這種影響。經(jīng)過試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)只需要在VMOS管N3，N4前面加一級(jí)開關(guān)管電路，即可得到波形很好交流電壓。

　　結(jié)束語

　　本文設(shè)計(jì)的微型電機(jī)電源與以往的電源相比擁有很好的高電壓、大電流工作狀態(tài)，且增加了高壓啟動(dòng)、低壓運(yùn)行的功能，較以前的電源大大提高了其工作效率和使用可靠性，同時(shí)克服了微型電機(jī)有時(shí)在低壓時(shí)無法正常啟動(dòng)的現(xiàn)象，可以在同類型的電機(jī)上推廣應(yīng)用。

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