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串联谐振交流耐压阻抗
2021-05-20

随着开关电源的发展,软开关技术得到了广泛的发展和应用,已研究出了不少高效率的电路拓扑,主要为谐振型的软开关拓扑和 PWM 型的软开关拓扑,近几年来,随着半导体器件制造技术的发展,开关管的导通电阻,寄生电容和反向恢复时间越来越小了,这为谐振变换器的发展提供了又一次机遇,对于谐振变换器来说,如果设计得当,能实现软开关变换,从而使得开关电源具有较高的效率,LLC 谐振变换器实际上来源于不对称半桥电路,后者用调宽型(PWM)控制,而 LLC 谐振是调频型(PFM),串联谐振电路 在具有电阻R、电感L和电容C元件的交流电路中,电路两端的电压与其中电流相位一般是不同的,如果调节电路元件(L或C)的参数或电源频率,可以使它们相位相同,整个电路呈现为纯电阻性,电路达到这种状态称之为谐振,在谐振状态下,电路的总阻抗达到极值或近似达到极值,按电路联接的不同,有串联谐振和并联谐振两种,科学和应用技术上应充分利用谐振的特征,同时又要预防它所产生的危害。


串联谐振


串联谐振电路特点:

a.电路阻抗Z最小,且为纯电阻,及Z=R。

b.电路中的电流I达到最大值,且与电源电压相同,电路发生串联谐振时的电流称为谐振电流,用Io表示,当电源电压一定时:可根据RLC串联电路的电流是否达到最大来判断是否发生了串联谐振。

c.L、C上电压大小相等,方向相反,相互抵消因此串联谐振又称为电压谐振,谐振时电感和电容两端的等效阻抗为0,相当于短路。

d.电阻上的电压等于电源电压,达到最大值。

e.功率。有功功率:电源发出的功率及时电路电阻消耗的功率,且功率最大;无功功率:谐振时,电路不从外部吸收无功功率,但电路内部的电感和电容之间周期性的进行磁场能量与电场能量的交换。

在电阻、电感及电容所组成的串联电路内,当容抗XC与感抗XL相等时,即XC=XL,电路中的电压U与电流I的相位相同,电路呈现纯电阻性,这种现象叫串联谐振,当电路发生串联谐振时电路的阻抗Z=√R^2 +(XC-XL)^2=R,电路中总阻抗最小,电流将达到最大值。

1、创建串联谐振电路,从元器件库中选择电压源、电阻、电容、电感连接成串联谐振电路,选择频率特性仪XBP1,将其输入端和电源连接,输出端和负载连接。

2、串联谐振电路的相频特性:在Mode选项组中单击Phase(相频特性)按钮,可得到该电路的相频特性。

3、从串联谐振电路的相频特性可以看出,电路的以谐振频率f0为分界点,当信号频率低于f0时,相位超前;当信号频率高于f0时,相位滞后,因为当信号频率低于f0时,整个电路呈容性,电流相位(负载电阻上的电压相位)超前于电压(外加电源)的相位;而当信号频率高于f0时,整个电路呈感性,电流相位(负载电阻上的电压相位)滞后于电压(外加电源)的相位,该仿真结果与理论分析一致。

4、串联谐振电路的品质因素Q值和电路的选择性关系:在保持串联谐振频率不变的情况下,即L,C不变,改变元件参数,可改变电路的品质因素Q值,在电路中R=1 kΩ,L=1 H,C=1 μF,则Q=[1RLC=1,],若选择电容C1=1 μF,电感L1=1 H电阻R1=100 Ω,则Q=[1RLC=10,],对于RLC串联谐振电路来说,不同的Q值对应的幅频特性曲线不同,Q值越大,对应的幅频特性曲线越尖,电路的选择性越好,若用串联选择电路作为无线电检波电路,其灵敏度越高,抗干扰能力就越低;Q值越小,对应的幅频特性曲线越钝,电路的选择性变差,若作为无线电检波电路,其灵敏度降低,但它的抗干扰能力会提高,所以串联谐振电路的Q值大小,要根据具体的应用情况具体选择。

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