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諧振式開關電源電路諧振的條件及其特點

來源：上海茂碩機械設備有限公司 2023年07月26日 10:43

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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