微型电机电源的设计

摘要：某微型电机电源是将220V/50Hz的交流电，转换为两相相位差为90°、频率为1.5kHz的方波信号，并且为了克服以往微型电机有时在低压时无法启动时的现象。本文根据微型电机在低压下可靠启动的要求，设计了一种高低压转换电路，以达到高压启动低压运行。

引言

微型电机电源用于双子动压陀螺电机，驱动陀螺电机高速旋转，并需要角动量。微型电机电源的输入为220V/50Hz的交流电，输出两项相位差为90°，频率为1.5kHz的方波，其原理框图如图1。这其实是一个AC-DC-AC转换电路，因此主要包括两大部分电路，即直流部分和交流部分。

直流部分电路

微型电机电源的直流部分输入电压为220V/50Hz交流电源，通过电源变压器降压后，经整流、滤波及稳压电路的输出直流电压。这部分可以说是比较常用的线路，但由于微型电机电源要求在电机启动60s前，输出电压为25V;60s后，输出电压为20V。而最终输出的交流电压的幅值是由前级的直流电压决定的，因此，就需要在直流电压的输出增加一部分电平转换电路，来控制电路最终的交流输出。

微型电机电源的高低压电平转换电路主要采用的是三端可调式稳压器W117和W137，该稳压器链接方式简便，有多种封装形式，由于此电路要求的电流较大为1A(可以同时带动多个马达，大大提高了效率这也是此电源的优点)，因此采用了F-2型的，以保证电流。具体的电路是通过双单稳触发器CC4098产生一个延时脉冲，延时时间可调节，由这个延时脉冲控制稳压器W117和W137，稳压器W117和W137及其外围电路如图2。

图2中的N1为三端可调式正电压稳压器W117，延时脉冲有两点输入，前60s为低电平，三极管V1不导通，输出电压按公式Uo=1.25(1+R4/R3)Ui输入电压计算。

60s后高电平到来，三极管V1导通，电阻R5并入电路，即与R4并联，R4并联R5后阻值小于R4，按公式计算Uo减小，即达到了高低电平的转换。由于W137是负电压工作，因此还需将延时脉冲反相后经1点输入，其余工作原理与W117相同。

交流部分

微型电机电源的交流部分采用的是通过晶振及分频电路得到需要的频率，由双D触发器分相后，再经过功率放大电路完成电流放大功能。

微型电机电源的交流部分采用晶振、分频及分相电路是一些常用线路，主要技术难点是功率放大电路。功率放大电路的起初的试验阶段采用的是经典电路，电路图如图3(图3中只给出了其中一相的电路，另外一相原理相同)。在对经典的功放电路实际测试过程发现，当电机电源频率在800Hz以下电路工作正常，当频率大于1kHz时或电压过大时输出波形发生了严重的畸变，电源输出不稳定，为此设计人员做了大量的实验，更换稳压二极管VD1、VD2，提高后缀工作电压Uo等试验后，均没有明显的改善。最后经过理论分析后发现，VMOS管的栅极和漏极之间存在一个电容Cdg，影响了VMOS管的开关速度。当频率和电压比较低时，这种影响可以忽略不计：而当频率过高或工作电压过大时，这种现象就很明显的表现出来了，因此，就需要提高VMOS管的开关速度，抵消这种影响。经过试验后，发现只需要在VMOS管N3，N4前面加一级开关管电路，即可得到波形很好交流电压。

　　结束语

本文设计的微型电机电源与以往的电源相比拥有很好的高电压、大电流工作状态，且增加了高压启动、低压运行的功能，较以前的电源大大提高了其工作效率和使用可靠性，同时克服了微型电机有时在低压时无法正常启动的现象，可以在同类型的电机上推广应用。

参考文献：

[1] 阮新波,严仰光编著.直流开关电源的软开关技术[M].科学出版社,2000
　　[2] 次刚.基于交直流切换的开关电源设计[D].电子科技大学,2011
　　[3] 郑大连.多路输出开关电源系统设计与实现[D].电子科技大学,2011
　　[4] 罗意铭,李壮. HX_N3型机车微机控制系统的电源设计[J].内燃机车,2013,(02)
　　[5] 李建仁,章治国,吴限,王强. 直流变换器软开关技术综述[J].微电子学, 2012,(01)
　　[6] 丁泳鑫.小功率高功率密度DC/DC模块电源的研究[D].南京航空航天大学,2010