谐振电路原理分析与运用

赖少锋 广东省广播电视技术中心

谐振电路原理分析与运用

赖少锋 广东省广播电视技术中心

本文通过谐振电路的工作原理，分析并介绍了串并联谐振电路在电子镇流器中的应用，可资丰富讲授电路原理课程中的谐振原理内容。

串并联谐振;电路原理;电子镇流器

谐振现象发生于正弦稳态电路中，它是一种特定的工作状态。谐振状态下，电压与电流位相一致，电路的总阻抗会达到极值或者与极值相近。谐振研究工作的开展目标是对此客观现象加以认识，同时以科学及应用技术为基础对谐振的特征进行充分的利用，并采取有效措施预防其所带来的危害。

1.谐振的分类及其原理

以电路联接的方式为依据，谐振可分为串联谐振与并联谐振两种类型。在电阻、电感以及电容组成的串联电路中，当容抗与感抗相等时，亦即，电路中的电压会与电流有相同的位相，这时的电路会表现为纯电阻性，此现象即为串联谐振。同串联谐振类似，并联谐振电路中的电压也会与电流有相同的位相，两者的不同之处仅在于串联谐振发生于电阻、电感以及电容组成的串联电路中，而并联谐振发生于并联电路中。若在整个电路中既有串联电路，又有并联电路，那么它们会在条件满足之时发生串并联谐振现象。

无论是串联谐振还是并联谐振，整个电路所吸收的无用功率值均为0。此时的电场能量与磁场能量均处于不断变化的状态中，但是它们之间会维持一种此增彼减，相互补偿的规律，简单地说，能量会在电场与磁场之间进行振荡，在整个电路的电磁场中，能量的总和不会发生变化。此外，激励供给电路中的能量会完全向电阻发热进行转化，为了使振荡有效地维持下去，激励会不间断地供给能量，以对电阻发热所造成的消耗予以弥补。相较于电路中总的电磁场能量来说，每出现一次振荡所给电路造成的能量消耗越少，电路的品质就会越佳。

2.串并联谐振电路原理在实际中的应用——以电子镇流器为例

电子镇流器是一种变换器，它安装于电网与灯之间，能够将工频交流电源转换为高频交流电源。在电子镇流器中，谐振电路会向灯提供合适的交流电压与交流电流，目的在于保证灯可以在一定的时间内进行预热，并通过高压点燃进入正常工作状态。在图1中， DSP会对谐振电路中的两个开关管与的交替导通进行控制，在工作状态下，两个开关管通过交替导通会产生高频电流，实现直流到交流的逆变。图中的两个开关管无法同时导通，如果强行进行同时导通的话，会出现短路现象，加之半桥逆变串并联谐振输出回路的组成包括谐振电容、滤波电容、电感及负载，因为电感电流无法突变，需在开关管上与二极管进行并联，使电感电流在死区时间内通过二极管续流，如果续流太大，通过二极管D1的续流会流到前级电路中，使系统出现损坏，并且在续流状态下，会有短时间的高频辐射与电流（电压）浪涌产生，这会对系统的正常运作产生一定的干扰，因此两个开关管要有一定的死区时间，同时尽可能地减小死区时间内二极管的续流电流，以避免续流值过大造成的电子镇流器工作受阻。

图1 电子镇流器串并联谐振电路工作原理

对图1电路进行假设：（1）一个开关周期内整流出来的直流电压E为恒压；（2）开关管与续流二极管器件理想，可以实现零电压通导与零电流关断；（3）两个开关管有相等的占空比。

经过分析，图1中的电路有两种状态，各自的电路方程可由式（1）与式（2）表示。

若L， C1， C2已知，便可对负载电流大小进行计算，单台灯管的功率通常在几十瓦到200瓦之间，其正常运行所负载的电流不是很大，在选择器件之时需对此加以考虑。

根据式（1）与式（2），可计算出负载电压与电流的有效值：

图1中的电感电流IL同开关管电压的相位关系可由图2表示出来。

图2 电感电流与开关管电压相位关系

3.结语

本文在理论层面上对电子镇流器的串并联谐振电路进行分析，得出如下结论：要向负载提供可靠的高频交流电流，在进行主电路的设计之时，不能盲目选择谐振电容、滤波电容以及滤波电感，此外，谐振电容的选择可以在一定程度上影响负载提供的电能质量，因此，在进行DSP控制开关管工作之时要首先对谐振电路的工作频率，以及开关管的工作频率进行计算。

[1]赵平华，贺晓华.RLC串联谐振电路的研究[D].大学物理实验，2012（6）：69-72.

[2]邱彬，王凯.串并联谐振电路在电子镇流器中的应用研究[J].制造业自动化，2011（10）：142-145.

赖少锋（，1990-），男，本科，广东潮州人，助理工程师，研究方向为中波发射机的维护。