无信号源的自激式激磁电源的原理及设计

阐述了无信号源的、采用维恩电桥振荡器直接实现功率输出的激磁电源的设计思想和工作原理，以及核心器件OPA548的性能参数、电路稳幅稳频措施和实际应用中的注意事项。介绍了通过反相叠加和LC串联谐振提高电压幅值的电源工作方式，使电路在±15v供电时能够提供稳定的36V／400Hz正弦波电压。

关键词：维恩电桥振荡器；无信号源；OPA548；LC串联谐振。

0 引言

激磁电源是自整角机、旋转变压器、感应同步器、感应移相器等微特电机的必备供电电源，也是分解器数字转换器(RDC)模块的主要电源之一，在惯导、雷达、自动跟踪等自动化设备中应用广泛。传统的激磁电源的设计，都是采用先设计正弦信号源，再经过衰减或放大，然后进行功率放大的模式。这种设计方式由于电路工作环节多，导致电路复杂、效率低、成本高，温度稳定性不好，可靠性下降。高电压、大电流、小体积的功率运算放大器的出现，为简化激磁电源设计，提高设计质量提供了可行性。采用功率运放直接组成维恩电桥振荡电路，通过自激振荡产生驱动功率足够的正弦波。采用这种方式设计的激磁电源，不仅结构简单、成本低，并且失真度小，具有稳频、稳幅功能和良好的低温漂性能。

1 直接振荡式激磁电源电路组成及工作原理

图1是自激式激磁电源原理框图，根据实际供电电压的情况和负载的具体要求，可提供相同频率的3种不同幅值的正弦波输出。基于功率运放的维恩电桥振荡器产生基本的正弦波输出；经过功率运放反相后，从其输出端和反相输入端可得到幅值叠加为基本正弦波幅值2倍的频率相同的正弦波输出；对于感性负载，可通过串联谐振电容，利用LC串联谐振原理得到更高幅值的输出。

1．1核心器件的选用

构成维恩电桥的功率运算放大器作为激磁电源的核心器件，要求能适应较宽的电源电压范围，并能输出较大电流，具备良好的低温漂特性。综合考虑性能、体积参数，选用了BB公司的高电压大电流功率运放OPA548(TO-220-7封装)，可单、双电源供电，双电源供电范围为±4～±30V，连续工作输出电流3A(峰值5A)，在环境温度-40度～+85度范围内输入电压温度漂移为±30µV／℃，并具备输出使能控制、热关断保护、电流限制可调等功能。

1．2 振荡器稳幅稳频工作原理

维恩电桥振荡器及其反相驱动电路如图2所示。振荡频率由R1、R4、C1、C3决定，基本不受功率运算放大器本身和电源的影响。应选用1／1000精度的金属膜电阻和高性能的聚酯电容以保证频率稳定。自激振荡器工作原理：运算放大器并非理想器件，一旦电路上电，运算放大器会产生输出噪声，通过反馈网络R4、C3反馈至运放的同相输入端，成为输入信号。由于正反馈作用，形成正弦振荡，并且振幅逐渐增大，直至接近电源电压，输出振幅达到饱和，通过调节可变电阻R3改变运放增益，使输出正弦波幅值达到所要求的范围。

由巴克豪森判据可知AB=1是振荡的临界条件。其中

因此，维恩电桥自激振荡要满足增益A>3的要求。

来源：21IC电子网