基于Protel 99 SE電磁齒輪自適應電源電路設計

摘要:在對電磁磁力齒輪了解的基礎上，掌握了其電源電路工作原理，基于Protel 99 SE設計出自適應電源的功率模塊并給出了相應參數，之后設計出了放大電路并給出相應的參數。該電源電路能夠較好的適應電磁磁力齒輪，通過多學科知識的運動實現了對磁力齒輪的精確控制。

關鍵詞:電源電路;自適應電源

中圖分類號:TB

文獻標識碼:A

文章編號:1672-3198(2010)21-0317-01

0 引言

磁力齒輪是利用磁場的相互作用設計的一種新型的傳動機構，磁力齒輪傳動與普通機械齒輪傳動類似，都是由電機作為原動機帶動主動輪旋轉，并為從動輪提供轉矩以帶動負載，如圖1所示。

當輸入通電線圈的直流電流、電壓是定值時，電磁齒輪輸出的轉矩也是恒定的，如果改變通電線圈中的電流、電壓，那么就可以改變輸出轉矩，達到一定的目的。因此，如果能設計出一個根據負載變化來改變電流、電壓的自適應可變電源，會對電磁齒輪在日后的研究和應用有很大的推動作用。

本文對電磁齒輪控制系統中自適應電源的研究是將電磁學理論、電工學、電力電子學及控制理論結合起來，應用于機電傳動的一種新探索。本文將根據電磁齒輪直流電源的要求和設計目標，自行設計一個電源電路。

1 電源電路圖及工作原理

電源電路如圖2，為模擬電路，主要由功率MOSFET模塊、集成運放的電壓跟隨器和積分電路組成。

電路工作原理是這樣的:將設定值輸入到第一級集成運放，通過電壓跟隨器，輸出進入第二級集成運放正輸入端，負輸入端是MOSFET的反饋，輸出電壓使MOSFET開啟，MOSFET電流進入通電線圈，產生磁場。為了防止電流過大，在MOSFET輸出端需要接熔斷器。

2 自適應電源功率模塊設計及其參數選擇

2.1 功率模塊設計

功率模塊也稱電力電子開關模塊，是把同類或不同類的多個開關器件，按一定的電路拓撲結構連接并封裝在一起的開關器件組合體。最常見的拓撲結構有串聯、并聯、半橋、單相橋、三相橋等電路。同類開關器件串、并聯的目的是為了提高整體額定電壓、電流。

這里，電源的功率模塊主要是將功率MOSFET并聯，這是由于功率MOSFET的導通電阻是單極載流子承載的，具有正的電阻溫度系數。當電流意外增大時，附加發熱使導通電阻自行增大，對電流的正增量有抑制作用，所以功率MOSFET對電流有一定的自限流能力，不會出現電流集中而引起器件的損壞。

并聯電路如圖3，四個功率MOSFET器件并聯組成了開關模塊，并聯使整體額定電流增加。

圖3 MOSFET并聯模塊

其中A點是電壓電流經過放大器以后的輸出，對功率MOSFET來說是輸入信號。結點2為外接直流電源，結點3為功率輸出。

為了防止漏源間的過電壓，需要在漏源間適當加一個保護電路。RC緩沖電路是比較好的選擇。還要防止柵極電壓超限，可以在柵極前并聯接地電阻，以降低壓降。漏極除了接直流電源外，并聯兩個接地電容，以防止電源突然斷電，電容上的電流可以短暫供電。另外，負載前要接兩個快速熔斷器，對負載短路起保護作用。

阻參數選取為25V、1000UF。R4電阻為3W4.7K。

3 放大電路模塊

3.1 放大電路設計

放大電路是功率模塊的輸入，是將信號放大后使功率MOSFET開啟。設計電路如圖6所示。DAI是設定輸入值，二極管有穩壓的作用。TL061電路是一個電壓跟隨器，

OP-07環節是積分電路，輸出的電流進入功率模塊。

3.2 參數選擇

電壓跟隨器選擇TL061，具有低功率補償，典型補償電流，較寬共模及微分電壓范圍，低輸入偏移量和偏移電流，輸出短路保護，高輸入阻抗等特點。積分電路選擇OP-07，能提供很寬的電壓范圍，噪聲小，輸入電壓偏移量很低，高開環增益。

4 結語

本文在對電磁磁力齒輪了解的基礎上，掌握了其電源電路工作原理，設計出自適應電源的功率模塊并給出了相應參數，之后設計出了放大電路并給出相應的參數。該電源電路能夠較好的適應電磁磁力齒輪，通過多學科的知識實現了對磁力齒輪的精確控制。

參考文獻

[1]丁道洪.電力電子技術[M].北京:航空工業出版社，1992:53-62.

[2]葛延津，錢曉龍.電力電子技術[M].沈陽:東北大學出版社，1996，(10):193-199.