使用谐振技术的高频电磁体

诸如继电器，螺线管，电感器，亥姆霍兹线圈，电磁体和电动机的电磁线圈通常需要大电流和高频操作。 在低频下，使用波形放大器，可以直接驱动高电流通过线圈。 线圈的电感足够低，可以直接由放大器驱动，如图1所示。线圈可以建模（简单模型）作为与理想电感串联的寄生电阻。 寄生电阻一般较小。

图1.波形放大器直接驱动具有寄生电阻的电感线圈。

另一方面，在高频时，线圈或电感器的阻抗随频率而增加。 Z =jωL。 在高频时，线圈阻抗非常高，因此需要高电压来驱动大电流通过螺线管线圈。 例如，在200kHz时，2mH电磁体的阻抗将为2512欧姆。 如果以40V驱动电磁线圈，则可以获得约16mA（40V / 2512欧姆= 16mA）。 对于大多数应用来说，这不足以产生足够的磁场。 对于高磁场应用，需要通过线圈的较高电流。 为了通过线圈驱动1A大电流，需要2512V！ 在200kHz时难以产生2kV。

谐振技术

为了在继电器和亥姆霍兹线圈等线圈中实现大电流和高频电磁场，本应用使用了谐振技术。

图2.波形放大器在谐振时驱动通过线圈的高电流。

为了在谐振模式下操作线圈，添加串联电容器，如图2所示。串联电容器阻抗的极性与电感相反。 因此，电容器用作阻抗消除装置。 它降低了总阻抗。 在谐振时，电容器电抗（阻抗的虚部）完全抵消了电感电抗。 那就是电感和电容的电抗是相等的极性相反的极性。 只有电感的寄生电阻残留。 只有电阻保持不变，波形放大器即使在高频下也可以通过电路驱动高电流（LCR）。 这种方法使高电流放大器驱动器能够驱动大电流通过高频线圈，但是它只能在谐振附近的非常窄的频率范围内工作。 谐振技术的缺点是您需要在更改频率时更改电容。

为了进一步了解谐振时的阻抗消除，请看使用了2mH电磁阀和200kHz频率的图3。 在共振时，电容器两端的电压为-2.5kV，线圈两端的电压为+ 2.5kV。 因此，电容器和电感器的串联电压为0V。 因此，LC作为共振时的短路。 波形放大器只会将电感的寄生电阻看作负载。 由于寄生电阻一般较小，所以波形放大器即使在高频下也可以通过螺线管线圈驱动高电流。 根据基尔霍夫电压定律，闭环中的电压总和为零。

图3.在谐振时，电感和电容的阻抗相互抵消，起到类似短路的作用。

电容选择

选择串联电容器，使得电容器电抗与给定谐振频率下的线圈阻抗相同。

使用上述示例为2mH亥姆霍兹线圈和200kHz计算，串联电容计算为317pF。 电容应为高频（低ESR等效串联电阻）和低ESL（静电感抗）。 电容必须为高电压额定值。 额定电压计算如下：

I为峰值电流

使用上述示例，额定电压必须至少为2.5kV（V = 1A * 2512ohm = 2512V）。 在使用更高电流的情况下，需增加额定电压额定值。

线圈选择

如果您有能力选择自己的继电器线圈或设计自己的线圈，请考虑以下标准。

- 线圈必须具有额定电流和功率（加热）处理能力

o低电阻以减少加热并允许更高的电流

o考虑集肤效应而导致的高频电阻增加

- 确保线圈自谐振频率远高于工作频率

- 设计线圈处理高压（避免电压电弧）

警告

上述大电流电磁线圈可以存储足够的能量以成为电击危险。 确保所有电气连接都用高压绝缘子绝缘。 电线必须按上述电压额定值。 在连接或断开线圈和电容器之前，始终禁用波形放大器输出。