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May 04, 2018

如何分析串联谐振充电电路?

    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0.4F,谐振电感为18H,根据公式可算出该电路的固有谐振频率f0=1/2πLC=59kHz,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。
串联谐振
    注:ch2为串联谐振电路中开关管的触发脉冲
 
    ch1为串联谐振时谐振电流波形
 
    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。
 
    注:ch2为串联谐振电路中开关管的触发脉冲
 
    ch1为串联谐振时谐振电流波形
 
    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。
 
    注:ch2为串联谐振电路中开关管的触发脉冲
 
    ch1为串联谐振时谐振电流波形
 
    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。在开关元件的工作频率小于谐振频率的一半(fS<f0/2)时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。
 
    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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