微型電機電源的設計

　　摘要：某微型電機電源是將220V/50Hz的交流電，轉換為兩相相位差為90°、頻率為1.5kHz的方波信號，并且為了克服以往微型電機有時在低壓時無法啟動時的現象。本文根據微型電機在低壓下可靠啟動的要求，設計了一種高低壓轉換電路，以達到高壓啟動低壓運行。

　　引言

　　微型電機電源用于雙子動壓陀螺電機，驅動陀螺電機高速旋轉，并需要角動量。微型電機電源的輸入為220V/50Hz的交流電，輸出兩項相位差為90°，頻率為1.5kHz的方波，其原理框圖如圖1。這其實是一個AC-DC-AC轉換電路，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，經整流、濾波及穩壓電路的輸出直流電壓。這部分可以說是比較常用的線路，但由于微型電機電源要求在電機啟動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換電路，來控制電路最終的交流輸出。

　　微型電機電源的高低壓電平轉換電路主要采用的是三端可調式穩壓器W117和W137，該穩壓器鏈接方式簡便，有多種封裝形式，由于此電路要求的電流較大為1A(可以同時帶動多個馬達，大大提高了效率這也是此電源的優點)，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觸發器CC4098產生一個延時脈沖，延時時間可調節，由這個延時脈沖控制穩壓器W117和W137，穩壓器W117和W137及其外圍電路如圖2。

　　圖2中的N1為三端可調式正電壓穩壓器W117，延時脈沖有兩點輸入，前60s為低電平，三極管V1不導通，輸出電壓按公式Uo=1.25(1+R4/R3)Ui輸入電壓計算。

　　60s后高電平到來，三極管V1導通，電阻R5并入電路，即與R4并聯，R4并聯R5后阻值小于R4，按公式計算Uo減小，即達到了高低電平的轉換。由于W137是負電壓工作，因此還需將延時脈沖反相后經1點輸入，其余工作原理與W117相同。

　　交流部分

　　微型電機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觸發器分相后，再經過功率放大電路完成電流放大功能。

　　微型電機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，主要技術難點是功率放大電路。功率放大電路的起初的試驗階段采用的是經典電路，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)。在對經典的功放電路實際測試過程發現，當電機電源頻率在800Hz以下電路工作正常，當頻率大于1kHz時或電壓過大時輸出波形發生了嚴重的畸變，電源輸出不穩定，為此設計人員做了大量的實驗，更換穩壓二極管VD1、VD2，提高后綴工作電壓Uo等試驗后，均沒有明顯的改善。最后經過理論分析后發現，VMOS管的柵極和漏極之間存在一個電容Cdg，影響了VMOS管的開關速度。當頻率和電壓比較低時，這種影響可以忽略不計：而當頻率過高或工作電壓過大時，這種現象就很明顯的表現出來了，因此，就需要提高VMOS管的開關速度，抵消這種影響。經過試驗后，發現只需要在VMOS管N3，N4前面加一級開關管電路，即可得到波形很好交流電壓。

　　結束語

　　本文設計的微型電機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，且增加了高壓啟動、低壓運行的功能，較以前的電源大大提高了其工作效率和使用可靠性，同時克服了微型電機有時在低壓時無法正常啟動的現象，可以在同類型的電機上推廣應用。

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