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宽带轨电压旁路的电容器串联谐振
2021-12-12

华天电力专业生产变频串联谐振试验装置,下面为大家介绍宽带轨电压旁路的电容器串联谐振。


理想电容只存在于教科书中。现实世界中的每个电容器因其物理结构而变得更加复杂。由介电层隔开的两块板与导体或金属箔串联,以实现实际连接。这两个金属导体引入了等效串联电感 (ESL) 和等效串联电阻 (ESR)。总之,物理电容是一个串联谐振电路,串联谐振频率和串联谐振系数“Q”受串联电阻的影响。


电容不限于其字面含义。在低于其串联谐振的频率下,电容器将显示对电激励的容抗。在高于其串联谐振的频率下,它显示出对电激励的感性阻抗。


变频串联谐振试验装置

对于宽带轨电压旁路,传统的观点是不同容量的电容器应并联使用。常见的并联组合包括:大容量铝或钽电解电容器C1;大容量陶瓷电容C2;小容量陶瓷电容C3;电路板的接线电容称为C4;而且天知道电容是从哪里来的,比如线束电容和/或半导体器件电容,叫做C5。


请记住,这五个电容器中的每一个都不是单独的电容器,而是串联组合,包括电容、电感和电阻。简而言之,它们是由串联的 RLC 电路组成,在串联谐振频率 (SRF) 处会表现出串联谐振,其中 SRF = 1 / (2 π√ (LC))。对于如上所述并联的五个电容器的组合,将有五个串联谐振频率和四个并联谐振频率,如图 1 所示。

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宽带轨电压旁路的电容器串联谐振


图 1:5 个并联电容器的 9 个谐振频率。


四个较小的电容C2~C5在四个频率下进入并联谐振状态,略低于它们各自的串联谐振频率。但是,C1没有任何并联谐振,因为没有电容的感应产生并联谐振效应。


使用 spice 和一些示例数字,我们可以深入研究这个问题,如图 2 所示。


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图 2:Spice 中 5 个电容器的并联旁路。


此处展示的阻抗测量方法在“香料中的阻抗测量”一文中有详细描述。


对于这五个电容器,将有五个串联自谐振频率,即 srf1、SrF2、srf3、srf4 和 srf5,每个频率在其自身的 SRF 处具有最低阻抗。然而,不可避免地会在频率 prf2、prf3、prf4 和 PRF5 处产生四个总阻抗的并联谐振峰值。


Prf2源于C2~C5组合的容抗与C1的感抗的并联关系。同理,prf3 来自 C3~C5 的组合容抗与 C1~C2 的组合感抗的并联关系,而 prf4 来自 C4~C5 与 C1~C3 的并联关系,最后,PRF5 来自C5与C1~C4的并联关系。


五个阻抗零点和四个阻抗峰值受电阻值影响。一个例子如图3所示。请注意并联谐振频率本身并不能完全消除,并联谐振会一直存在。您必须考虑到这一点。



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图 3:ESR 的阻抗曲线变化。


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