谐振式电源的基本原理 谐振开关的动态过程分析
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电路的谐振现象 为了更好地理解谐振式电源，这里回忆一下电路谐振的条件及其特点。 一、串联电路的谐振 一个R、L、C串联电路，在正弦电压作用下，其复阻抗： Z=R j(ωL-1/ωC) 一定条件下，使得XL=XC，即ωL=1/ωC ，Z=R，此时的电路状态称为串联谐振。 明显地，串联谐振的特点是： 1．阻抗角等于零，电路呈纯电阻性，因而电路端电压U和电流I同相。 2．此时的阻抗最小，电路电流有效值达到最大。 3．谐振频率：ωo=1/√LC 。 4．谐振系数或品质因素： Q=ωoL/R=1/ωoCR=（√L/C）/R。 由于串联谐振时，L、C电压彼此抵消，因此也称为电压谐振。从外部看，L、C部分类似于短路。 而此时Uc、UL是输入电压U的Q倍。Q值越大，振荡越强。 这里的Z0=√L/C，我们称为特性阻抗，它决定了谐振的强度。 5．谐振发生时，C、L中的能量不断互相转换，二者之间反复进行充放电过程，形成正弦波振荡。 二、并联电路的谐振 一个R、L、C并联电路，在正弦电压作用下，其复导纳： Y=1/R-j(1/ωL-ωC) 一定条件下，使得YL=YC，即1/ωL=ωC ，Y=1/R，此时的电路状态称为并联谐振。 明显地，串并谐振的特点是： 1．导纳角等于零，电路呈纯电阻性，因而电路端电压U和电流I同相。 2．此时的导纳最小，电路电流有效值达到最小。 3．谐振频率：ωo=1/√LC 。 4．由于并联谐振时，L、C电流彼此抵消，因此也称为电流谐振。从外部看，L、C部分类似于开路，L、C各自有效电流却达到最大。 5．谐振发生时，C、L中的能量不断互相转换，二者之间反复进行充放电过程，形成正弦波振荡。 谐振式电源的基本原理 谐振式电源是新型开关电源的发展方向。它利用谐振电路产生正弦波，在正弦波过零时切换开关管，从而大大提高了开关管的控制能力，并减小了电源体积。同时，也使得电源谐波成分大为降低。另外，电源频率得到大幅度提高。PWM一般只能达到几百K，但谐振开关电源可以达到1M以上。 普通传统的开关电源功率因素在0.4-0.7，谐振式电源结合功率因素校正技术，功率因素可以达到0.95以上，甚至接(jìn)于1。从而大大抑制了对电网的污染。 这种开关电源又分为： 1．ZCS——零电流开关。开关管在零电流时关断。 2．ZVS——零电压开关。开关管在零电压时关断。 在脉冲调制电路中，加入L、C谐振电路，使得流过开关的电流及管子两端的压降为准正弦波。下面是这两种开关的简单原理图。
图1：电流谐振式开关电路 电压谐振式开关电路 ZCS电流谐振开关中，Lr、Cr构成的谐振电路通过Lr的谐振电流通过S，我们可以控制开关在电流过零时进行切换。这个谐振电路的电流是正弦波，而Us为矩形波电压。 ZVS电压谐振开关中，Lr、Cr构成的谐振电路的Cr端谐振电压并联到S，我们可以控制开关在电压过零时进行切换。这个谐振电路的电压是正弦波，而Is接(jìn)矩形波。 以上两种电路，由于开关切换时，电流、电压重叠区很小，所以切换功率也很小。 以上开关电源是半波的，当然也可以设计成全波的。所以又有半波谐振开关和全波谐振开关的区分。 谐振开关的动态过程分析 实际上，谐振开关中的所谓“谐振”并不是真正理论上的谐振，而是L、C电路在送电瞬间产生的一个阻尼振荡过程。下面，我们对这个过程做一些分析，以了解谐振开关的工作原理。 一、零电流开关 实际的零电流开关谐振部分拓补又分L型和M型。如下面两组图形所示：
图2：L型零电流谐振开关（中半波，右全波）
图3：M型零电流谐振开关（中半波，右全波） |
