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首頁-技術文章-諧振式開關電源電路諧振的條件及其特點

諧振式開關電源電路諧振的條件及其特點

更新時間:2023-07-26      點擊次數:918

電路的諧振現象



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、串聯電路的諧振


一個R、L、C串聯電路,在正弦電壓作用下,其復阻抗:
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)稱為串聯諧振
明顯地,串聯諧振的特點是:
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.諧振系數或品質因素:
Q=ωoL/R=1/ωoCR=(√L/C)/R。
由于串聯諧振時,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換,二者之間反復進行充放電過程,形成正弦波振蕩。
二、并聯電路的諧振
一個R、L、C并聯電路,在正弦電壓作用下,其復導納:
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)稱為并聯諧振。
明顯地,串并諧振的特點是:
1.導納角等于零,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換,二者之間反復進行充放電過程,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電源的發(fā)展方向。它利用諧振電路產生正弦波,在正弦波過零時切換開關管,從而大大提高了開關管的控制能力,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,但諧振開關電源可以達到1M以上。
普通傳統(tǒng)的開關電源功率因素在0.4-0.7,諧振式電源結合功率因素校正技術,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的污染。
這種開關電源又分為:
1.ZCS——零電流開關。開關管在零電流時關斷。
2.ZVS——零電壓開關。開關管在零電壓時關斷。
在脈沖調制電路中,加入L、C諧振電路,使得流過開關的電流及管子兩端的壓降為準正弦波。
ZCS電流諧振開關中,Lr、Cr構成的諧振電路通過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,在開關導通時,構成串聯諧振。用零電流開關替代PWM電路的半導體開關,可以組成諧振式變換器電路。



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