谐振电路在实际中的应用

谐振电路在实际中的应用

广西大学电气工程

摘要：根据电路原理，电感电容串联或并联可构成谐振电路，使得在电源为直流电源时，电路中的电流按正弦规律变化。在科技发展的今天，谐振电路在我们的生活中有着重要的应用. 关键词：谐振电路电子镇流器谐振电路原理电容电感

Resonance circuit in real application

Abstract: according to the circuit principle, inductance capacitance serial or parallel may constitute a resonant circuit in power supply for that dc power supply, the current in the circuit by sine law change. In the development of science and technology today, resonant circuit in our life has important application. Keywords; resonant circuit ,electronic ballast, series resonance principle, circuit theory,capacitance and inductance.

引言：什么是谐振电路？谐振电路就是由电感L和电容C组成的，可以在一个或若干个频率上发生谐振现象的电路，统称为谐振电路。在电子和无线电工程中，经常要从许多电信号中选取出我们所需要的电信号，而同时把我们不需要的电信号加以抑制或滤出，为此就需要有一个选择电路，即谐振电路。另一方面，在电力工程中，有可能由于电路中出现谐振而产生某些危害，例如过电压或过电流。所以，对谐振电路的研究，无论是从利用方面，或是从限制其危害方面来看，都有重要意义。谐振电路可分为串联谐振和并联谐振两种。串联谐振时，电感电压与电容电压等值异号，即电感电容吸收等值异号的无功功率，使电路吸收的无功功率为0；电场能量和磁场能量都在不断变化，但此增彼减，互相补偿，这部分能量在电场和磁场之间振荡，全电路电磁场能量总和不变；激励供给电路的能量全转化为电阻发热。为了维持振荡，激励必须不断供给能量补偿电阻的发热消耗，与电路中总的电磁场能量相比每振荡一次电路消耗的能量越少，电路的品质越好。我们的生活中也处处存在着谐振电路的应用，比如我们常用的收音机，录音机复读机，接受天线等等电子产品中都是谐振电路在实际应用中的普遍应用。下面我们来详细了解一下谐振电路的应用。

1、谐振电路在器件中的运用

1.电子镇流器

一个完整的电子镇流器应包含如图1所示六个部分：1)电磁兼容滤波电路(EMI)；2)全桥整流电路；3)功率因数校正电路(PFC)；4)谐振电路；5)灯负载；6)控制电路。原理拓扑图如下图1。

１

２

图为电子镇流器电路拓扑结构

电子镇流器是一个将工频交流电源转换成高频交流电源的变换器，其基本工作原理是： 工频电源经过射频干扰（RFI ）滤波器，全波整流和无源（或有源）功率因素矫正器后，变为直流电源。通过DC/AC 变换器，输出20K-100KHZ 的高频交流电源，加到与灯连接的LC 串联谐振电路加热灯丝，同时在电容器上上产生谐振高压，加在灯管两端，但使灯管"放电"变成"导通

"状态，再进入发光状态，此时高频电感起限制电流增大的作用，保证灯管获得正常工作所需的灯电压和灯电流，为了提高可靠性，常增设各种保护电路，如异常保护，浪涌电压和电流保护，温度保护等等。在电子镇流器中谐振电路和控制部分都是相当重要的两个部分，其中谐振电路最为重要。

2.、过滤器

在过滤应用中， 电阻 R 成为过滤器进入工作负载。阻尼系数值是基于需要的带宽滤波器的选择。更宽的带宽，需要一个较大的值阻尼系数（反之亦然）。这三个组成部分，设计师三个自由度。

其中两个需要设置的带宽和谐振频率。 设计者仍然留下了一个可用于大规模的R

，L 和 C 方便的实用价值。另外，R 可以预先确定由外部电路将使用最后的自由程度。如下图所示。

图为.电路，作为一个低通滤波器9 。

2.1 低通滤波器是一个RLC 电路可以用来作为一个低通滤波器。 角频率，即3dB 点的频率，是由

这也是滤波器的带宽。阻尼系数是由[25]

３

2.2

、高通滤波器

一个高通滤波器，如下图所示作为低通滤波器的转角频率是相同

该过滤器有以此宽度为宽的阻带。

3. 振荡器 对于在振荡器电路中的应用，它通常是可取的，使尽可能小的衰减（或等价的，阻尼系数）。 在实践中，这客观上要求小身体可能为一个串联电路，或者增加一个并联电路R 以尽可能使电路的电阻 R 。在这两种情况下，RLC 电路成为一个理想的LC 电路的一个很好的近似。然而，非常低的衰减电路（高Q

因子）电路，线圈和电容器的介质损耗等问题可以成为重要的。 t 在振荡电路

. 。

或等价

. 。

结果

. 。

4、倍压器

在RLC 串联谐振电路，电流限制电路的电阻

如果R 是小，只包含电感绕组电阻的说法，那么这个电流将大。将电感压降电压

一个同等幅度的电压也可以看出，电容两端的，但在反相电感。如果R 可取得足够小，这些电压可多次输入电压。电压比，实际上， 电路

的Q 值，

类似的效果观察与并联电路中的电流。即使电路出现高阻抗外部源，有相当大的的电流循环并行的电感器和电容器的内部循环。

5.谐振电路在开关中的应用。

谐振技术应用到开关电源中时，可根据各电源的拓扑结构的特点，再结合设计者的要求（是否要让电感中的电流经过一定时间后为零，再关断器件），构造出相应的电路，得到相应的谐振变换器。下面举例分析其应用：

所示。

1）实现Buck电路开关的零电流关断。电路拓扑如图6

图6 实现Buck电路开关的零电流关断

相关工作情况分析：开关Sr断开时，二极管D续流。当开关Sr闭合后，iLr线性上升，续流二极管D 中的电流则线性下降。当iLr=Io时，二极管D截止。Cr开始通过Lr和D2充电。此时，Cr和Lr串联谐振。在iLr上升到最大值后再下降到I0后，D2截止（受反压）。经过一个恒定阶段后，开关Sr1导通，Cr开始放电，iLr逐渐减小至零并变负。如果在过零点关断开关Sr，损耗将为零。这就是我们要得到的零电流关断电源。

2）在降压软开关——PWM变换器中的应用。其电路拓扑如图7所示。

图7 降压软开关— PWM变换器

其工作情况为：在S1和S2均关断时，续流二极管D导通。开通S2，于是Lr中的电流线性增加经过一段时间达到Io。此时，续流二极管D截止，Lr和Cr开始谐振，Cr两端的电压逐渐下降，经过一段时间降为零，在此时D1导通，谐振电流线性下降。如果在这个期间开通S1，实现的是零电压开通。接着，谐振电流继续下降，当下降到Io时D1截止。由于S1已经开通，ir仍将继续下降直至零。关断S2，即以零电流关断，损耗为零。

6.3 问题分析

谐振变换器是最适应高频化的电路，但是在使用谐振变换器时，必须解决以下几个问题：其一，频率固定情况下，电压难以调整；其二，开关器件的应力问题；其三，L和C的发热问题。其中，电压调整的问题最难解决。通过开关的电流宽度ton（对于电流谐振方式），以及加在开关上的电压宽度toff（对于电压谐振方式），都分别由谐振电路确定。因此，要控制占空比D，就必须改变周期T，即开关频率f。然而，改变开关频率也将伴随着开关通断产生的噪声谱的改变，这就不利于噪声的抑制。另外，决定变换器体积的磁性元件和电容器要按最低频率设计，这样就未必能小型化。电流谐振时，正弦波的输出电流峰值随负

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载成比例增大。因此，开关器件的耗散功率与驱动功率随之增大。电压谐振时，截止状态加在开关上的电压波形的峰值也随负载增大，因此，需要选用高耐压的开关器件。为此，可采用辅助开关对电流或电压进行箝位，以减轻开关器件上的应力。对于谐振变换器，除了加在开关器件上的应力以外，还有构成谐振电路的L和C的负担问题。特别是重负载，L与C上加上过高电压，使电流的振幅增大，从而高频损耗增加。所以，为控制L的发热和实现小型化，要开发高频特性好、热阻抗低，而且能确保一定导磁率和矫顽力的磁性材料。另外，要开发对高频有足够的电流容量、等效串联电阻足够小的电容

结论：通过对谐振电路原理的分析，然后在对谐振电路在生活的应用一一讨论，我们明白了谐振电路的优点，同时也明白了谐振电路的局限性，为此我们会继续努力对谐振电路的研究，争取对其优化然后更大地造福我们。

参考文献：

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