谐振电路在实际中的应用

谐振电路在实际中的应用
摘要：串并联谐振电路在实际中一个很重要的应用就是电子镇流器，在本文中将会详细的分析电子镇流器中串并联谐振电路的工作原理。

谐振电路在荧光灯启动、点火和正常工作时由于开关频率的变化，导致其输出电压波形畸变。

因此，为了对电子镇流器的工作有更深的了解，本文作重分析串并联谐振电路中开关频率与谐振电容、谐振电感之间的关系。

关键词：电子镇流器串并联谐振原理回路理论
Abstract: Parallel resonant circuit in practice a very important application is electronic ballasts，in this paper will detailed analysis of the electronic ballast series of resonant circuit principle of work. Resonant circuit in fluorescent start, ignition and normal work because the switch frequency changes, lead to its output voltage waveform distortion.So that, for electronic ballast to a deeper understanding of the work, this paper analysis for heavy series of switch frequency resonant circuit with resonant capacitor, resonance between inductance clearance
Keywords: electronic ballast series resonance principle circuit theory
1.引言
谐振电路广泛用于电力、冶金、石油、化工等行业，适用于大容量，高电压的电容性试品的交接和预防性试验。

在生活中，随着绿色照明的推广，交流电子镇流器开始崭露头角，由于电子镇流器具有节省能源，使灯的总输入功率下降约15%左右，有更佳的节能效果；易实现调光控制，无频闪；工作效率更高等优点。

据统计，世界上照明用电占了世界上产生的总电量的1/4，如仅将现用的200亿只灯泡中的50亿只换成节能的电子镇流器灯泡，就可节省200GW的电能，从而少建几十个电站。

因此，进入90年代后，各种气体放电灯用电子镇流器及各种新型电光源在世界范围内不断涌现，形成被称为“绿色照明”的新兴产业。

气体放电灯作为舞台电脑灯的主要光源，配置交流电子镇流器已是大势所趋。

电子镇流器是安装在电网与灯之间的电力电子装置，是用得最广泛的制造业电子产品，随着电子电力快速发展以及自动控制电压，电流的大小适时性。

它是镇流器的一种，是指采用电子技术驱动电光源，使之产生所需照明的电子设备。

与之对应的是电感式镇流器(或镇流器)。

现代日光灯越来越多的使用电子镇流器，轻便小巧，甚至可以将电子镇流器与灯管等集成在一起，同时，电子镇流器通常可以兼具启辉器功能，故此又可省去单独的起辉器。

电子镇流器还可以具有更多功能，比如可以通过提高电流频率或者电流波形(如变成方波)改善或消除日光灯的闪烁现象；也可通过电流逆变过程使得日光灯可以使用直流电源。

2.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。

图1 电子镇流器电路拓扑结构
谐振逆变电路则完成直流电压向高频交流的变换，通过灯输出回路将输入功率传输给荧光灯使用。

灯输出回路除了传递能量供灯使用外，还将对荧光灯的灯丝进行预热，同时还将对灯管的工作状态进行取样并反馈给控制电路。

控制电路则控制各个开关管的开启和关断，并对检测到的些异常情况进行处理。

因此，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，下面对谐振电路进行理论分析以及对谐振电路中的电感、电容参数值的选择进行分析和研究。

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。

3.串并联谐振回路理论
电子镇流器的谐振电路是给灯提供合适的交流电压和交流电流，从而使灯在一定时间内预热和高压点燃并正常工作。

荧光灯电子镇流器的输出回路有各种各样，但典型的主要有以下三种：串联谐振回路，并联谐振回路和串并联谐振回路。

本章主要对串并联谐振输出回路进行分析研究，如图2所示，由DSP控制谐振电路中两个开关管S 和S 的交替导通，其工作时使两个开关管交替导通产生高频交流，完成直流到交流的逆变。

从图2可以看出，两个开关管不能同时导通，否则会造成短路。

因此，必须要有一段时间间隔使这两个开关管同时处于截止状态，即死区时间。

从图2还可以看出，半桥逆变串并联谐振输出回路是由两个电容(谐振电容，滤波电容)和一个电感及负载组成，由于电感电流不能突变，在开关管上并联二极管，在死区时间内，电感电流通过二极管续流。

但是，续流过大将造成通过二极管D。

的续流流到前级电路从而对系统造成损坏，同时，由于续流引起的短时间的高频辐射和电流(电压)浪涌将影响系统的正常工作。

因此，谐振电路既要保证两个开关管有一定的死区时间，还要在死
区时间内二极管的续流电流尽量小，否则续流值过大将会影响电子镇流器的正常工作。

对图2所示电路，首先作如下假设：1)在一个开关周期内，整流出来直流电压E为恒压；
2) 开关管S．、S 和续流二极管D 、D：均为理想器件，即零电压导通，零电流关断；3)开关管s 、s 的占空比相等。

串并联谐振回路中，在正弦稳态情况下，回路的阻抗可写为：
通过分析可知，图1的电路存在两种电路状态，如图2所示。

图3 电路状态图
式(2)和式(3)分别为图3(a)和图3(b)中的电路方程为，通过给定的L 的参数值就可以计算出负载的电流大小，如果是单台灯管，其功率一般在几十瓦到200瓦之间，其负载正常运行的电流比较小，因此，要为负载提供较小的高频正弦波交流电流，必须要选择合适的开关管频率和电感和滤波电容和谐振电容的参数大小。

对式(2)和式(3)可求得负载电压和电流的有效值
在图1中，电感电流和开关管电压的相位关系如图4所示。

在图4中为开关管死区的大小，如果死去时间长，流过开关管的电流将增大，将增加损耗和影响开关管的正常工作，因此，在工程应用中，定要选择一个合适的的死区时间。

经过计算，可以看出，提供给负载的电压波形为基波和2次及以上高次谐波分量叠加后的波形。

而我们需要的是基波电流，因此，我们设计的思想就是通过选择适当的开关频率与滤波电感和滤波电容的匹配来滤掉2次及以上高次谐波，从而为负载提供基波电流。

本文通过电子镇流器的串并联谐振电路的理论分析可知，要向负载提供可靠的高频交流电流，在主电路设计时要选择正确的谐振电容、滤波电容和滤波电感，特别是谐振电容的选择关系到向负载提供电能质量的高低，在此基础上，进行DSP控制开关管工作时要计算出谐振电路的工作频率，即开关管的工作频率。

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