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諧振式開關(guān)電源電路諧振的條件及其特點

時間：2023/7/26閱讀：583
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電路的諧振現(xiàn)象



為了更好地理解諧振式電源，這里回憶一下電路諧振的條件及其特點。


一、串聯(lián)電路的諧振


一個R、L、C串聯(lián)電路，在正弦電壓作用下，其復(fù)阻抗：
Z=R+j(ωL-1/ωC)
一定條件下，使得XL=XC，即ωL=1/ωC ，Z=R，此時的電路狀態(tài)稱為串聯(lián)諧振。
明顯地，串聯(lián)諧振的特點是：
1．阻抗角等于零，電路呈純電阻性，因而電路端電壓U和電流I同相。
2．此時的阻抗最小，電路電流有效值達到最大。
3．諧振頻率：ωo=1/√LC 。
4．諧振系數(shù)或品質(zhì)因素：
Q=ωoL/R=1/ωoCR=（√L/C）/R。
由于串聯(lián)諧振時，L、C電壓彼此抵消，因此也稱為電壓諧振。從外部看，L、C部分類似于短路。
而此時Uc、UL是輸入電壓U的Q倍。Q值越大，振蕩越強。
這里的Z0=√L/C，我們稱為特性阻抗，它決定了諧振的強度。
5．諧振發(fā)生時，C、L中的能量不斷互相轉(zhuǎn)換，二者之間反復(fù)進行充放電過程，形成正弦波振蕩。
二、并聯(lián)電路的諧振
一個R、L、C并聯(lián)電路，在正弦電壓作用下，其復(fù)導(dǎo)納：
Y=1/R-j(1/ωL-ωC)
一定條件下，使得YL=YC，即1/ωL=ωC ，Y=1/R，此時的電路狀態(tài)稱為并聯(lián)諧振。
明顯地，串并諧振的特點是：
1．導(dǎo)納角等于零，電路呈純電阻性，因而電路端電壓U和電流I同相。
2．此時的導(dǎo)納最小，電路電流有效值達到最小。
3．諧振頻率：ωo=1/√LC 。
4．由于并聯(lián)諧振時，L、C電流彼此抵消，因此也稱為電流諧振。從外部看，L、C部分類似于開路，L、C各自有效電流卻達到最大。
5．諧振發(fā)生時，C、L中的能量不斷互相轉(zhuǎn)換，二者之間反復(fù)進行充放電過程，形成正弦波振蕩。


諧振式電源的基本原理


諧振式電源是新型開關(guān)電源的發(fā)展方向。它利用諧振電路產(chǎn)生正弦波，在正弦波過零時切換開關(guān)管，從而大大提高了開關(guān)管的控制能力，并減小了電源體積。同時，也使得電源諧波成分大為降低。另外，電源頻率得到大幅度提高。PWM一般只能達到幾百K，但諧振開關(guān)電源可以達到1M以上。
普通傳統(tǒng)的開關(guān)電源功率因素在0.4-0.7，諧振式電源結(jié)合功率因素校正技術(shù)，功率因素可以達到0.95以上，甚至接近于1。從而大大抑制了對電網(wǎng)的污染。
這種開關(guān)電源又分為：
1．ZCS——零電流開關(guān)。開關(guān)管在零電流時關(guān)斷。
2．ZVS——零電壓開關(guān)。開關(guān)管在零電壓時關(guān)斷。
在脈沖調(diào)制電路中，加入L、C諧振電路，使得流過開關(guān)的電流及管子兩端的壓降為準正弦波。
ZCS電流諧振開關(guān)中，Lr、Cr構(gòu)成的諧振電路通過Lr的諧振電流通過S，我們可以控制開關(guān)在電流過零時進行切換。這個諧振電路的電流是正弦波，而Us為矩形波電壓。
這里的L1用于限制di/dt，C1用于傳輸能量，在開關(guān)導(dǎo)通時，構(gòu)成串聯(lián)諧振。用零電流開關(guān)替代PWM電路的半導(dǎo)體開關(guān)，可以組成諧振式變換器電路。



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