摘  要：本文介绍两种功率等级的中频电源，由于采用精密基准频率源和线性功率集成电路，以及软增益控制、多种保护设计技术，应用于电感负载时仍有优异的供电波形及高的稳定可靠性。

关键词：中频电源  软增益控制  功率集成电路

1  绪  言

在军用及一些特殊场合的装备中，许多微型及特种旋转电器都使用中频电源，其频率有400Hz、500Hz、1kHz，以及10kHz甚至更高。作电源供电的主要用400Hz、500Hz。在特殊设备及精密测量设备中，频率则有3.6kHz、7kHz、10kHz等等。供电波形多为正弦波。用于精密测量元件的中频电源，要求波形失真度小，频率准确度和稳定度高，稳定性、可靠性好，环境适应性强，有的设备甚至对幅度稳定性要求也很高。

在精密测量设备中采用中频电源的重要性在于测量元件的测量误差直接与供电电源频率相关，下面的公式可以近似表述这种相关性：

                                (1)

或者：                                                                    (2)

这里 、 分别表示由频率 和 的电源供电时测量元件的测量误差， 则是一个与电源频率相关的系数。公式(1)最直接地说明了测量误差与供电频率的关系。随着测量精度的提高，则对电源频率的稳定度、供电波形的失真度、供电电压幅度稳定性都会提出更高的要求。

一些设计师设计了基于SPWM的中频电源，这些电源解决了频率问题，效率也较高，同时成本也偏高。但遗憾的是，这些电源中许多都难于适应电感性负载，更无法保证长期稳定地向电感负载供电，波形也不理想。笔者主持设计了两例优质、高稳定、高可靠，较低成本且能长期稳定地向电感负载供电的中频电源，用在航天发射场初始段精密测量设备中已有三年多，并未出现故障。

2  设计实例

笔者主持设计的两例400Hz中频电源，第一例可向电感负载提供100W连续功率输出，在100W输出时，波形失真度低于0.1%，功率输出部份采用单片功率集成电路PA12A，第二例可向电感负载提供200W连续功率输出，这时波形失真度也低于0.1%，它向电阻性负载供电时，连续输出功率达400W。它的功率输出部分则采用单片功率集成电路PA03。PA12A及PA03同属美国APEX公司制造。

这两种功率的中频电源的设计原理基本相同，可用图1来表示：

从图1可见，基准频率源以晶体振荡器为中心，经过基波提取器获得纯真的正弦信号源，由于频率源自于晶体振荡器，其频率的准确度和稳定度都是可想而知的。PA12A和PA03是高保真的音频功率放大用线性集成电路，因而放大后的信号波形仍保持频率源的纯真性。PA12A和PA03的主要性能参数见表1。

表1  基本参数表

功率放大部份的电路原理以PA12A为例，如图2所示。

图2  400Hz中频电源电路图

功率集成电路提供了电流限制功能引脚，图中R2、R3就可设置需要的限制电流ICL，当输出电流超过此电流时，电路即进入保护状态。RCL的选择可按公式(3)进行：

                 (3)

式中：ICL—设计的输出极限电流(A)；

RCL—选用的限流电阻(Ω)。

功率放大级的增益由公式(4)表示：

                                                        (4)

对电感负载供电过程中，通过延缓di/dt来进行保护通常都是有效的，本电路采用软增益控制网络RF达到目的，RF实际是一个时间t的函数，RF=RF(t)而AV=AV(RF)，这样电路增益如公式(5)

                   (5)

这样随着加载时间t的变化，供电是一个延缓的过程，di/dt被限制在安全范围。要求软增益控制是连续的，并且质量更高时，可用斜坡式增益控制器来替代RF。电路中的R4、C5、R5、C7用作相位补偿，使输出波形质量更好。

两个设计例电源的试验结果如表2所示。

表2  试验数据

负载上电源波形如图3～图5所示。

图3  30W负载波形

图4  100W负载波形

图5  105W负载波形

输出波形是在100W电源上录下的，200W电源波形基本类似，只是输出功率加倍。

参考文献：

[1] APEX. CO. MICROTECHNOLOGY Vol.8

[2] 胡佑德等《伺服系统原理与设计》

[3] 李昌钧：斜坡电源《电气自动化》1991.1

[4] 李昌钧《功率集成电路用于特种电源》，《零八一科技》2000.2