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串联谐振充电电路的动态分析
2021-05-28

 串联谐振充电电路的动态工作状态是由电路的固有频率 f0 和开关管的工作频率 fS 之间的关系决 定的,根据工作频率 fS 和固有频率 f0 的关系,可 以决定电路中的谐振电流是连续的还是断续的,实验中谐振电容为 0. 4 F,谐振电感为 18 H,根据公式可算出该电路的固有谐振频率 f0= 1/ 2πꇌ LC= 59 kHz,下面根据不同的工作频率时的不同 电流波形进行说明,当开关元件的工作频率小于谐振频率的一半 (fS< f0/ 2) 时,实验中工作频率为 22. 73kHz,测 得的电流波形如图 3:

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串联谐振


  图 2 中,t0 时刻,开关管 S1 闭合,串联谐振 电路中的谐振电流 iL ( t) 由零开始,在 t1 时刻,谐振电流 iL ( t) 过零,此时快速恢复二极管 D1 导 通,电流反向并逐渐减小,最后在 t2 时刻趋于零 ( 开关管 S1 在这一过程中停止工作) ,由于 fS< f0/ 2,所以出现电流断续现象 ( t2 到 t3 时刻) ,而从 t3 时刻开始,又继续下半个周期,开关管 S2 闭合,电流反向,到 t4 时刻整个周期结束,由图 3 可知,由于谐振电流通过零点,开关管 S1 和 S2 能够自然 的在零电流时关断,且开关管 S1 和 S2 还可以在零 电流时导通,因此,这种谐振型工作方式对于减小 开关管的开关损耗,消除强迫关断过程中在开关管 上产生的高反峰电压,减小开关管上承受的开关应 力以及提高开关管的工作寿命等,都具有重要的意 义,当开关元件的工作频率大于谐振频率的一半 ( fS> f0/ 2) 时,串联谐振电路中的谐振电流 iL ( t) 时连续的,实验中的工作频率为 36. 23kHz,测得 的电流波形如图 4:

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  由图我们可以看出在 fS> f0/ 2 时,开关管S1 和 S2 都是在零电流下关断的,但不是在零电流状态 下开通的,对开关管来说很不利,

  当开关元件的工作频率近似等于谐振频率的一 半 ( fS= f0/ 2) 时,实验中工作频率为 29. 76kHz,测得的电流波形如图 5:

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  从上图可以看出此状态为一种临界状态.

  由于 LC 串联谐振型逆变器作为充电电路 具有恒流源充电效率高的特点,已广泛应用在激光 电源充电电路中,本文主要对串联谐振电路进行了 动态分析,结合实际测得的波形可以看出: 当电路 工作在 fS< f0/ 2 时,做到了零流开关,对开关管来 说是最有利的,图 6 为在开关元件的工作频率小于 谐振频率的一半 ( fS< f0/ 2) 时图 1 所示的半桥式 串联谐振充电电路中充电电容 C3 的放电、充电时 的取样波形,

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  可以看出,串联谐振式充电电路的充电波形呈 线性,这样可以达到较高的充电效率,

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