谐振DCDC变换器的研究

本科毕业设计（论文）

（谐振DC/DC变换器的研究）

***

燕山大学

2012年 6月

本科毕业设计（论文）

（谐振DC/DC变换器的研究）

学院（系）： ***

专业： 08级应用电子2班

学生姓名： ***

学号： ***

指导教师： ***

答辩日期： 2012年6月17日

燕山大学毕业设计（论文）任务书

摘要

一般说来直流变换器工作时采用PWM控制方式，此时开关管工作在硬开关状态下，会产生开关损耗，使变换器效率降低，软开关技术应运而生。谐振变换器就是直流开关电源中软开关技术的一类。

谐振变换器的较成熟的研究成果包括串联谐振变换器和并联谐振变换器。串联谐振变换器由于电路结构简单，控制容易等优点，广泛应用于实际生产中。本次设计就是基于此优点的基础上设计的。

本次设计中研究的主电路内容包括全桥逆变电路、LC串联谐振电路、变压器环节、桥式整流、滤波电路。控制电路选用移相控制。本文通过对串联谐振型全桥变换器的分析，详细介绍了串联谐振全桥变换器的工作原理，通过等效电路的建模方法，对串联谐振型高频变换器行了数学模型分析及闭环调节器参数的设计；变换器在串联谐振槽能量瞬时值控制的方式下，所有的功率开关管均可以工作在零开关状态，且零开关的实现不受负载大小及特性的影响；同时串联谐振变换器具有理想电压源特性，输入输出侧能够实现电气隔离。

本文在完成以上工作的基础上，进行了PSIM仿真，给出了相关的实验结果，验证了电路工作原理分析的正确性。

关键词：串联谐振；DC/DC；全桥逆变；桥式整流；移相控制

Abstract

Generally speaking, dc converter uses PWM control mode at work, this time switch tube works in a hard switching condition, it will produce switching loss made converter works at low efficiency. Soft switching technology arises at the moment. Resonant converter is one kind of soft switch technology in dc switch power.

The more mature research results in Resonant converters are Series resonant converters and Parallel resonant converters. Series resonant converters is widely applied in practical production because of the converter circuit structure is simple, easy control and so on. The design is based on this advantage of the Series resonant converters.

In this paper the design of the main circuit include the whole bridge inverter circuits, LC series resonant circuit, transformer link, bridge rectifier and filter circuit. Control circuit choose phase shifting control. The mathematical model is built in the way on equivalent circuit, and the parameters design of the closed-loop is completed. In the stability research of the DC distributed system, the factors influencing the input impedance and the output impedance of the series resonant DC/DC bi-direction converter are analysed. The power flow direction is judged by the voltage difference among DC distributed buses.

In this paper which based on the work is completed the above, the PSIM simulation and the related experimental results are given to verify the correctness of the circuit principle analysis.

Keywords: Series resonant; dc/dc; Bridge inverter; Bridge rectifier; Phase shifting control

目录

摘要....................................................................................................................... I Abstract ................................................................................................................ I I 第1章绪论 (1)

1.1课题背景 (1)

1.2软开关技术 (1)

1.2.1 软开关技术的提出 (1)

1.2.2 软开关技术的实现策略 (2)

1.2.3 谐振变换器的分类 (4)

1.3基本的串联谐振与并联谐振 (5)

1.3.1 串联负载谐振 (5)

1.3.2 并联负载谐振 (6)

1.3.3 串联谐振变换器的等效电阻 (7)

本章小结 (8)

第2章串联谐振DC/DC变换器 (9)

2.1串联谐振变换器的宏模型 (9)

2.2串联谐振变换器综述 (9)

2.3全桥逆变电路的开关模态分析 (10)

2.4串联谐振变换器的控制方法 (14)

本章小结 (18)

第3章串联谐振变换器的稳态模型和数学分析 (19)

3.1串联谐振的稳态模型 (19)

3.1.1 开关网络的稳态模型 (20)

3.1.2 整流滤波网络的稳态模型 (21)

3.1.3 串联谐振槽路的传递函数 (22)

3.2串联谐振的数学分析 (23)

本章小结 (28)

第4章电路开环与闭环仿真 (29)

4.1电路开环仿真 (29)

4.2电路闭环仿真 (31)

本章小结 (33)

结论 (34)

参考文献 (35)

致谢 (37)

附录1 (38)

附录2 (42)

附录3 (46)

附录4 (52)

附录5 (58)

第1章绪论

1.1 课题背景

开关电源是在电子、通信、电气、能源、航空航天、军事以及家电等领域应用都非常广泛的电力电子装置。它具有电能转换效率高、体积小、重量轻、控制精度高和快速性好等优点，因此越来越受到各种电子设备的青睐。开关电源成为现代电子系统不可缺少的组成部分，其开关频率正不断提高，其技术性能直接影响到各种电子设备的使用和发展。

开关电源的核心部分是功率变换器。目前，隔离型变换器的拓扑结构主要有正激式、反激式、推挽式和谐振式等。其中谐振式变换器具有效率高、输出纹波小、滤波简单、负载可调范围大等特点。

谐振变换器是由开关管加上谐振LC电路构成的，它是流过开关管的电流变为正弦波而不是方波。然后设法使开关管在正弦电流过零处导通和关断，从而大大降低了开关损耗。同时，相对硬开关PWM变换器，具有开关频率高、关断损耗小、效率高、重量轻、体积小、开关应力小等优点。所以，研究谐振变换器对开关电源的发展有很大的意义。

现代电力电子装置的发展趋势是小型化、轻量化，同时对装置的效率和电磁兼容性也提出了更高的要求[1]。通常，滤波电感、电容和变压器在装置的体积和重量中占很大比例。因此必须设法降低他们的体积和重量，才能达到装置的小型化、轻量化。从“电路”的有关知识中可以知道，提高工作效率可以减小绕组匝数或者铁芯尺寸，从而使变压器小型化[2]。因此装置小型化、轻量化最直接的途径就是电路的高频化。但在提高开关频率的同时，开关损耗也会随之增加,电路效率严重下降，电磁干扰也增大了，所以简单的提高开关频率是不行的.针对这些问题出现了以谐振为主的辅助换流手段即软开关技术,解决了电路中的开关损耗和开关噪声问题，使开关频率可以大大幅提高.

1.2 软开关技术

1.2.1 软开关技术的提出

在直流变换器工作中一般采用PWM控制方式，开关管工作在硬开关（Hard switching）状态。图1.1是开关管开关时的电压和电流波形。由于开关管不是理想元件，在开通时开关管的而典雅不是立即下降为零，而是有一个下降时间，同时它的电流也不是立即上升到负载电流，也有一个上升时间。在这段时间内，电压和电流会有一个交叠区，产生损耗，称其为开通损耗（Turn-on loss）。当开关管关断是，开关管的电压不是立即从零上升到电源电压，而是有一个上升时间，同时它的电流也不是立即下降到零，也有一个下降时间。在这段时间中电压和电流又会产生一个交叠区，产生损耗称其为关断损耗（Turn-off loss）。我们将开通损耗和关断损耗共称为开关损耗（Switching loss）[3]。在一定条件下，开关管在每个开关周期中的开关损耗是恒定的，变换器的总开关损耗与开关频率成正比，开关频率越高，总的开关损耗越大，变换器的效率就越低。开关损耗的存在限制了变换器开关频率的提高，从而限制了变换器的小型化和轻量化。开关管工作在硬开关时还会产生高dt

dv/，从而产生大的电磁干扰。

di/和dt

图1.1 开关管开关时的电压电流波形

1.2.2 软开关技术的实现策略

为了减小变换器的体积和重量，必须实现高频化。要提高开关频率，同

时提高变换器的变换效率，就必须减小开关损耗。减小开关损耗的途径就是实现开关管的软开关（Soft switching ）,因此软开关技术应运而生。图1.2给出了开关管实现软开关的波形图。

开通

关断=0

开通=0

关断

触发信号

（a ）零电流开关

（b ）零电压开关

图1.2 开关管实现软开关的波形图

从前面的分析可以知道，开关损耗包括开通损耗和关断损耗。减小开通损耗有以下方法：

①在开关管开通时，使其电流保持在零，或者限制电流的上升率，从而减小电压和电流的交叠区，即所谓的零电流开通。从图1.2（a)可以看出，开通损耗大大减小。

②在开关管开通前使其电压下降到零，即零电压开通。从图 1.2（b ）看出，开通损耗基本减小到零。

③同时做到①和②，在这种情况下，开通损耗为零。 同理，减小关断损耗有以下几种方法：

①在开关管关断前使其电流下降到零，实现零电流关断。从图1.2（a ）看出，关断损耗基本为零。

②在开关管关断时，使其电压保持在零，或者减小电压的上升率，以此来减小电压电流的交叠区，即为零电压关断。从图1.2（b ）可看出，关断损耗大大减小。

③同时做到①和②，此情况下关断损耗为零。

1.2.3 谐振变换器的分类

变换器的软开关技术实际上是利用电感和电容的来对开关的开关轨迹来进行整形，最早的方法是利用有损缓冲电路来实现。从能量的角度来说，它是将开关损耗转移到缓冲电路消耗掉，从而改善开关管的开关条件。这种方法没有使开关管的变换效率提高，甚至还有可能下降。目前研究的软开关技术不再采用有损缓冲电路，而是真正减小开关损耗，而不是损耗的转移。直流开关电源的软开关技术一般分为以下几类：

①全谐振型变换器，一般称之为谐振变换器（Resonant converters）。该类变换器实际上是负载型变换器，按照谐振元件的谐振方式，分为串联谐振变换器(Series resonant converters,SRCs）和并联谐振变换器(Parallel resonant converters,PRCs）两类。按负载与谐振电路的连接方式，谐振变换器可分为两类：一类是负载与谐振回路相串联，称为串联负载（或串联输出）谐振变换器（Series load resonant converters,SLRCs）；另一类是负载与谐振回路并联，称为并联负载（或并联输出）谐振变换器(Parallel load resonant converters,PLRCs）。在谐振变换器，谐振元件一直工作，参与能量变换的全过程。该变换器与负载关系很大，对负载的变化很敏感，一般采用频率调制方法。

②准谐振变换器（Quasi-resonant converters,QRCs）和多谐振变换器(Multi-resonant converters,MRCs)这类变换器的特点是谐振元件参与能量变换的某个阶段而不是全程。

③零开关PWM变换器（Zero switching PWM converters）。该类变换器是在QRCs的基础上，加入一个辅助开关管，来控制谐振元件的谐振过程，实现恒定频率控制，即PWM控制。与QRCs不同的是，谐振元件的谐振工作时间与开关周期相比很短，一般为开关周期的1/10到1/5。

④零转换PWM变换器（Zero transition converters）。这类变换器的特点是工作在PWM方式下，辅助谐振电路只是在主开关管开关工作一段时间内，实现开关管的软开关，其他时间停止工作，这样辅助谐振电路的损耗很

小。

总之，在本次设计中，采用的是全谐振变换器中的串联负载谐振变换器。逆变器环节采用的是全桥逆变器，整个电路工作在恒定频率下。

1.3 基本的串联谐振与并联谐振

1.3.1 串联负载谐振

在图1.3中，负载电阻R 串联在谐振回路中，输入电源为正弦交流电，

)sin()(v in in t V t V θω+=，那么谐振电感电流也为交流)

sin()(i in Lr Lr t I t i θω+=，

其中in

in f πω21=

为输入电源的角频率，in f 为输入电源的频率。r

r r C L 1

=ω表示谐振角频率，谐振频率r

r r

r C L f π

π

ω212=

=；r r r C L Z =是谐振电感

和谐振电容的特征阻抗。

Vin

Lr

R

图1.3

从输入电压向右看去，谐振回路的阻抗s z 为：

)1

(r

in r in s C L j R z ωω-

+= （1.1）

阻抗s z 的模s Z 和相角zs θ 分别为：

2

2

)1

(r

in r in s C L R Z ωω-

+=

（1.2）

)

1

(

1

R

C L tg

r

in r in zs ωωθ-

=- （1.3） i v zs

θθθ-= （1.4）

图1.4给出了回路阻抗的模s Z 和相角zs θ与电源频率in ω的关系曲线。从中可以看出，当电源频率in ω等于谐振频率r ω时，回路阻抗s Z =R ，zs θ=0；

当电源频率in ω低于谐振频率r ω，谐振回路呈容性，zs θ﹤0，谐振电感电流超前于电源电压；当电源频率in ω高于谐振频率r ω时，谐振回路呈感性，zs θ>0,谐振电感电流滞后于电源电压[3]

。

品质因数Q 是表示谐振回路特性的重要参数：

R

Z R

C R

L Q r r r r

r =

=

=

ωω1

（1.5）

负载阻抗R 不变，特征阻抗越大，品质因数Q 越好。电源频率in ω少许偏离谐振频率r ω，回路阻抗的模r Z 就会显著增大。

1.3.2 并联负载谐振

图1.5是具有负载电阻R 的并联谐振电路，输入电流源为正弦交流电，

)

sin()(i in i t I t i θω+=谐振电容电压也为交流电，)sin()(v in Cr Cr t V t v θω+=，

其中in

in f πω21=

为输入电源的角频率，in f 为输入电源的频率。

R

i i

图1.5

从输入电流向右看过去，谐振回路的阻抗p z 为；

)

1

(11

r

in r in p L C j R

z ωω-

+=

（1.6）

阻抗p z 的模p Z 和相角zp θ分别为；

2

2

)

1

(11

r

in r in p

L C R

Z

ωω-

+=

（1.7）

)]

1

(

[1

r in r

in zp C L R tg

ωωθ-=- （1.8）

i v zp

θθθ-= （1.9）

Q R

Z R

C R

L Q r r r r

r =

=

=

ωω1

（1.10）

图1.5给出了回路阻抗的模p Z 和相角zp θ与电源频率in ω的关系曲线。从中可以看出，当电源频率in ω等于谐振频率r ω时，回路阻抗p Z 相当大，zp θ=0，电路呈阻性；当电源频率in ω低于谐振频率r ω时，p Z 减小，相角小于零，谐振电容电压超前于电流源，谐振回路呈感性；当电源频率in ω高于谐振频率

r ω时，p Z 也减小，相角也小于零，谐振电容电压滞后于电流源，谐振回路

呈容性。

1.3.3 串联谐振变换器的等效电阻

谐振变换器是依靠改变开关网络的工作频率来改变输出量的，因此可以说谐振变换是一种变频控制的调节系统。而对于PWM 来说，由于它属于一种非线性、离散的系统，很难较为精确地建立它的数学模型并得到其稳态解，经典的控制理论更是不适用。所以，在传输能量的计算方面PWM 是靠平均值来给定，而谐振则是靠“基波”来传输的。串联谐振变换器使用容性滤波输出，因此用电流源驱动整流器来计算负载等效至逆变器电路中的电阻值。利用基波分析法让一个方波电压通过整流器，电路如下图：

R L

Ip

Ip

图1.6

在图中利用基波分法可得：

)(2

22

)(sin 1

rms I I t td I I ac p p o π

π

ωωπ

π

=

=

=

?

（1.11）

o

ac I rms I 22)(π

=

（1.12）

o o ac E E rms E ππ2

22

14)(=

?=

（1.13）

L o

o

ac ac ac R I E rms I rms E R 2

2

8

8)

()(π

π

==

=

（1.14）

综合以上关于串联负载谐振和并联负载谐振的比较介绍，在本次设计中选用串联负载谐振变换器。第一：由于串联谐振拓扑结构简单，参数设计方便，体积和成本较小等优点；第二：串联负载谐振变换器的控制理论较为成熟，且其工作范围频率宽、开关频率高的缺点也可以通过改变控制方式克服。第三：对谐振电路而言，品质因数是一个很重要的参数。品质因数越大，电路对非谐振频率电流的抑制能力越强，电路的选择性就越好。而且在负载阻抗不变的情况下，特征阻抗的值越大，品质因数越好。从图1.4中就可以看出串联负载谐振变换器符合这种情况。综上所述，本次设计主要介绍基于串联负载谐振变换器的有关知识。

本章小结

本章首先介绍了现代电力电子器件发展的总趋势是小型化，轻量化，一般的直流变换器采用属于硬开关的PWM 控制，使开关管的开关损耗无法避免，进而使得变换器的开关频率受到限制且变换器的效率随之下降。其次，随着软开关技术的产生和发展，因其能有效减小开关损耗提高变换器的工作效率而受到广泛应用。其中谐振变换器更是其中应用更为广泛的一类软开关技术。再次，本章中通过比较谐振变换器中两类成熟的研究成果：串联负载谐振变换器和并联负载谐振变换器优缺点。最后确定本次毕业设计的主要研究对象时串联负载谐振变换器。

第2章串联谐振DC/DC变换器

2.1 串联谐振变换器的宏模型

谐振变换器实际上就是指负载谐振变换器,负载谐振变换器出现在上个世纪70年代。此类变换器是通过在标准PWM变换器结构上简单的增加谐振网络的方法而得到的。负载谐振变换器通过在谐振网络的谐振，使流过开关元件的电流被整形为正弦波或准正弦波，开关元件在电流或电压的过零处开通或关断，以此实现开关管的软开关过程，负载通过谐振网络与变换器相连，谐振网络产生的谐振电压或电流通过整流滤波环节加在负载上，流向负载的功率大小由谐振槽阻抗来决定，此阻抗又由开关器件的工作频率和谐振频率之比决定。变换器中的LC谐振网络元件参与能量转换的全过程。

下图为谐振电路宏模型:

图2.1

2.2 串联谐振变换器综述

在DC/DC变换器中，谐振技术是实现软开关的重要方式，其利用电感和电容组成谐振网络，使开关器件在电压或电流过零点进行切换，从而实现开关管的软开关。而且功率谐振变换器的传输电流呈正弦波，这很有利于改善系统的电磁兼容性，人们已经对其进行了大量研究，提出了很多控制方法，控制理论相对成熟。谐振网络是谐振变换器的核心部分，通常由几个无缘电感和电容组成[6]。本次设计采用的是一个电感和一个电容串联的谐振形式。所谓串联谐振即变换器的负载与谐振回路相串联。本次设计采用全桥开关逆变器、串联谐振、变压器、桥式整流以及电容滤波电路组成。主电路图如下：

图2.2

在电路结构中，串联谐振变换器的谐振网络具有电流源的性质，其输出量为谐振电流，所以需要采用电压源型输出滤波器，即只需接一个电容C 来进行滤波。和各种负载型DC/DC 变换器一样，串联谐振DC/DC 变换器也是由变换器的谐振网络从开关网络的输出交流能量中取出基波及有效成分，经过整流滤波后传递给负载。根据这一特性，可将串联谐振变换器结构分解为三大功能模块：输入逆变电路模块，串联谐振变换器核心谐振网络和输出整流滤波电路模块。一个有效合理的串联谐振变换器必须具备这三个部分的功能模块。才能正常发挥电路变换的作用。

2.3 全桥逆变电路的开关模态分析

在全桥电路中，斜对角的两只开关管VS1和VS4、VS2和VS3同时开通或者关断，VS1和VS4与VS2和VS3也为?180互补导通。当VS1和VS4同时导通，AB 两点电压IN AB V v =，当VS2和VS3同时导通时，IN AB V v -=，因此说AB 两点间电压为一个幅值为IN V 、?180宽的交流方波电压。即全桥电路的幅值和极性与开关管的开关情况有关。

由于滤波电容比较大，所以输出电压o V 是一个平滑的直流电压。当谐振电感电流Lr i 为正时，整流电路中的二极管D1和D4导通，Lr i 给负载供电，输入整流回路的电压o CD V v =，当Lr i 为负时整流二极管D2和D3导通，Lr i 给

负载供电，o CD V v -=。因此说输入整流回路的电压是一个幅值为o V 、

?180的交流方波电压。

高频逆变桥采用移相控制，控制原理为：令两个桥臂的上下两个开关管按?180导通角交替工作，控制VS1和VS4之间的相位角即有效占空比

θ-=1d 改变，从而可控制加载谐振网络两端的输入电压AB v 的占空比，

实现对输出电压o V 的控制。本次设计中，开关频率s f 恒定，因此移相控制

又称为占空比控制，令逆变桥的s f 高于谐振频率o f ，谐振槽呈现感性，谐

振电流滞后于AB v ，从而使开关管实现零电压开关，降低开关损耗。因此分

析在一个开关周期中，全桥逆变器有6种开关模态：VS1VS4→VD3VS4→VD2VD3→VS2VS3→VD1VS2→VD1VD4。

角

VS1到VS4表示开关管的驱动信号，VAB 为逆变桥输出电压

iLr 为谐振电感电流

图2.3 移相控制串联谐振变换器的主要波形

负载等效电

路图（a）

负载等效电

路图（b）

路图（c）

负载等效电

路

图（d）

负载等效电

路

图（e）

负载等效电

路

图（f）

(1)开关模态1[t0-t1]

在t0时刻前，谐振电感电流初始值为零（在一个开关周期内）。t0时刻开通VS1和VS4，由于此时谐振电流为零，因此，VS1和VS4在零电流下开通。谐振电感和电容开始发生谐振，A.B两端电压即为输入电压（如a图

浅谈电子整流器工作原理

浅谈电子整流器工作原理 前言 整流器（什么是整流器）是一个简单的将交流(AC)转化为直流(DC)的整流装置，它作为工业应用不可或缺的电子器件已越来越受到人们的亲睐。面对纷繁复杂的电子整流器件，怎样才能判别它的好坏呢?对于有用到电子整流器（整流器的作用）的人来说，了解其基础知识是必不可少的。小编通过搜集各种资料简要的对电子整流器的基础知识进行了以下总结。 电子整流器的工作原理(整流器原理) 电子整流器的基本工作原理如下图所示： 正常情况下，电子整流器通电后逆变器连同电感L、灯丝1、电容、灯丝2组成串联谐振电路，在一定时间内电容两端产生高压，这一高电压引起荧光灯弧光放电使荧光灯启动，然后谐振电路失谐，日光灯进入稳定的点燃状态。当出现灯管老化或者灯管漏气等异常状态时，荧光灯不能正常启动，上面的电路一直

处于谐振状态(除非灯丝烧断或电子整流器损坏)，逆变器输出的电流不断增大，通常这个电流会升高到正常电流的3到5倍。如果这时不采取有效的保护措施，会造成极大危害。首先，过大的电流会导致逆变器中作为开关的三极管或场效应管及其它外围部件因过载而烧毁，甚至引起冒烟、爆裂等事故。同时，灯脚对地线或中线会形成长时间的极高电压，对于20W、36W、40W及其它大部分国标/非标灯的电子整流器，这一电压往往会达到一千伏或更高，这不仅为国标GB15143所严格禁止，而且也会危及人身、财产安全。GB15143-94“11、14”及GB15144-94“5.13”部分对电子整流器的异常状态试验包括：灯开路、阴极损坏、去激活、整流效应等，同时规定电子整流器在经过上述试验后不得发生安全性故障并能够正常工作。 电子整流器满足的两大功能要求 荧光灯的工作性能在很大程度上与相配套工作的电子整流器性能有关，在使用中应使荧光灯的工作性能和电子整流器的工作性能相匹配(如灯阻抗和灯的工作特性)，以使荧光灯能工作在最佳状态， 使用中电子整流器应满足以下功能要求： ①能够限制和稳定荧光灯的工作电流。 ②在交流市电过零时，也能正常工作。

(串联谐振电路分析)

《电子设计与制作》 课 程 设 计 报 告

目录 一：题目………………………………………………………..二：原理………………………………………………………….三：电路图……………………………………………………….四：实验内容…………………………………………………….五：实验分析……………………………………………………六：心得体会…………………………………………………….

一、题目：串联谐振电路分析 二、原理 1．串联谐振的定义和条件 在电阻、电感、电容串联电路中，当电路端电 压和电流同相时，电路呈电阻性，电路的这种状态叫做串联谐振。 可以先做一个简单的实验，如图所示，将：三个元件R 、L 和C 与一个小灯泡串联，接在频率可调的正弦交流电源上，并保持电源电压不变。 实验时，将电源频率逐渐由小调大，发现小灯泡也慢慢由 暗变亮。当达到某一频率时，小灯泡最亮，当频率继续增加时， 又会发现小灯泡又慢慢由亮变暗。小灯泡亮度随频率改变而变 化，意味着电路中的电流随频率而变化。怎么解释这个现象呢? 在电路两端加上正弦电压U ，根据欧姆定律有 || U I Z = 式中 2 2 2 2 1 ||()()L C Z R X X R L C ωω= +-= +- L ω和 1 C ω部是频率的函数。但当频率较低时，容抗大而感抗小， 阻抗|Z|较大，电流较小；当频率较高时，感抗大而容抗小，阻抗|Z|也较大，电流也较小。在这两个频率之间，总会有某一频率，在这个

频率时，容抗与感抗恰好相等。这时阻抗最小且为纯电阻，所以，电流最大，且与端电压同相，这就发生了串联谐振。 根据上述分析，串联谐振的条件为 L C X X = 即 001 L C ωω= 或 01LC ω= 01 2f LC π= 0f 称为谐振频率。可见，当电路的参数 L 和C 一定时，谐振频率 也就确定了。如果电源的频率一定，可以通过调节L 或C 的参数大小来实现谐振。 2、串联谐振的特点 （1）因为串联谐振时，L C X X =，故谐振时电路阻抗为 0||Z R = （2）串联谐振时，阻抗最小，在电压U 一定时，电流最大，其值 为 00|| U U I Z R = = 由于电路呈纯电阻，故电流与电源电压同相，0? = （3）电阻两端电压等于总电压。电感和电容的电压相等，其大小

LLC串联谐振全桥DC-DC变换器的研究硕士学位毕业论文

分类号学号2003611310063 学校代码10487 密级 硕士学位论文 LLC串联谐振全桥DC/DC 变换器的研究

A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Engineering Research on LLC Series Resonant Full-Bridge DC/DC Converter Candidate ：Gong Li Major ：Power Electronics and Electric Drive Supervisor：Professor Li Xiaofan Huazhong University of Science and Technology Wuhan 430074, P.R.China April, 2006

独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密□，在_____年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密□。 （请在以上方框内打“√”） 学位论文作者签名：指导教师签名： 日期：年月日日期：年月日

实验一 RLC串联谐振电路的研究

2 1实验一 RLC 串联谐振电路的研究 一、实验目的 1、学习用实验方法绘制R 、L 、C 串联电路的幅频特性曲线； 2、加深理解电路发生谐振的条件、特点、掌握电路品质因数（电路Q 值）的物理意义及 其测定方法。 二、实验设备和器材 函数信号发生器1只 交流毫伏表1只(0~600V) 电路原理实验箱1只 三、实验原理与说明 1.在图1.1所示的R 、L 、C 串联电路中，当正弦交流信号源的频率f 改变时，电路中的 感抗、容抗随之而变，电路中的电流也随f 而变。取电阻电路电流I 作为响应，当输入电压U i 维持不变时，在不同信号频率的激励下，测出电阻R 两端的电压U 0之值，则I=U 0/R 。然后以f 为横坐标，以I 为纵坐标，绘出光滑的曲线，此即为幅频特性，亦称电流谐振曲线，如图1.2所示。 2. 在 处(X L =X C )即幅频特性曲线尖峰所在的频率点，该频率称为 谐振频率，此时电路呈纯阻性，电路阻抗的模为最小，在输入电压U i 为定值时，电路中的电流达I 达到最大值，且与输入电压U i 同相位，从理论上讲，此时，U i =U R =U 0, U L =U C =QU i ,式中的Q 称为电路的品质因数。 3. 电路品质因数Q 值的两种测量方法 一是根据公式 测定，U C 与U L 分别为谐振时电容器C 和电感线圈L 上的电压；另一方法是通过测量谐 振曲线的通频带宽度 再根据 求出Q 值，式中f 0为谐振频率，f 1和f 2是失谐时，幅度下降到最大值的 倍时的上、 下频率点。 Q 值越大，曲线越尖锐，通频带越窄，电路的选择性越好，在恒压源供电时，电路的品 质因数、选择性与通频带只决定于电路本身的参数，而与信号源无关。 四、实验内容 1.按图1.3接线，取C=0.1μF ，R=200Ω，调节信号源输出电压为V P-P = 2.83V ，有效值约 U i =1V 正弦信号，并在整个实验过程中保持不变。(本实验的电感L 约30mH) 2.找出电路的谐振频率f 0，其方法是，将交流毫伏表接在R （200Ω）两端，令信号源的 频率由小逐渐变大（注意要维持信号源的输出幅度不变），当U 0的读数为最大时，读得频率表上的频率值即为电路的谐振频率f 0，并测量U 0、U C 、U L 之值（注意及时更换毫伏表的量限），记入表格中。 3. 在谐振点两侧，先测出下限频率f 1和上限频率f 2及相对应的U R 值，然后按频率递增 或递减500H Z 或1KH Z ，依次各取8个测量点，逐点测出U R ，U L ，U C 之值，记入数据表格。 LC f f π21 0==O C O L U U U U Q ==1 2f f f -=?1 2f f f Q o -=

浅谈有源晶振sin的输出那些事

浅谈有源晶振sin的输出那些事 晶振输出串电阻就来自于最小化设计，对于数字电路里最重要的时钟源部分，应该特别注意保证信号完整性，最小化设计中晶振外围电路除了电阻还要有一些其他器件。 ?无源晶振输出波形为正弦波，有源晶振输出波形为正弦波（sin）或方波。有源晶振自身输出是正弦波，在其内部加了整形电路，所以输出是方波，正弦波通常用的很少，遍及用的都是方波输出（许多时候在示波器上看到的还是波形不太好的正弦波，这是由于示波器的带宽不行。例如：有源晶振 20MHz，假如用40MHz或60MHz的示波器测量，显现的是正弦波，这是由于方波的傅里叶分解为基频和奇次谐波的叠加，带宽不行的话，就只剩下基频20MHz和60MHz的谐波，所以显现正弦波。完美的再现方波需求最少10倍的带宽，5倍的带宽只能算是牵强，所以需求最少100M的示波器）。 ?无源晶振有2个引脚，需要借助于外部的时钟电路(接到主IC内部的震荡电路)才能产生振荡信号，自身无法振荡. ?有源晶振有4个引脚，是一个完整的振荡器，其中除了石英晶体外，还有晶体管和阻容元件.只需要电源,就可输出比较好的波形一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器（注意是放大器不是反相器）的两端接入晶振，再有两个电容分别接到晶振的两端，每个电容的另一端再接到地，这两个电容串联的容量值就应该等于负载电容，请注意一般IC的引脚都有等效输入电容，这个不能忽略。 ?晶振是晶体振荡器的简称，在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络。电工学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低分，其中较低的频率是串联谐振；较高的频率是并联谐振。由于晶体自

RLC串联谐振电路的实验报告

RLC串联谐振电路的实验报告 （1）实验目的： 1.加深对串联谐振电路条件及特性的理解。 2.掌握谐振频率的测量方法。 3.测定RLC串联谐振电路的频率特性曲线。 (2)实验原理： RLC串联电路如图所示，改变电路参数L、C或电源频率时，都可能使电路发生谐振。该电路的阻抗是电源角频率ω的函数：Z=R+j(ωL-1/ωC)当ωL-1/ωC=0时，电路中的电流与激励电压同相，电路处于谐振状态。谐振角频率ω0 =1/LC，谐振频率f =1/2πLC。谐振频率仅与原件L、C的数值有关，而与电阻R 和激励电源的角频率ω无关，当ω<ω 0时，电路呈容性，阻抗角φ<0；当ω>ω 时，电路呈感性，阻抗角φ>0。 1、电路处于谐振状态时的特性。 （1）、回路阻抗Z 0=R,| Z |为最小值，整个回路相当于一个纯电阻电路。 （2）、回路电流I 0的数值最大，I =U S /R。 （3）、电阻上的电压U R 的数值最大，U R =U S 。 （4）、电感上的电压U L 与电容上的电压U C 数值相等，相位相差180°，U L =U C =QU S 。 2、电路的品质因数Q 电路发生谐振时，电感上的电压（或电容上的电压）与激励电压之比称为电路的品质因数Q，即： Q=U L （ω ）/ U S = U C （ω ）/ U S =ω L/R=1/R* （3）谐振曲线。 电路中电压与电流随频率变化的特性称频率特性，它们随频率变化的曲线称频率特性曲线，也称谐振曲线。 在U S 、R、L、C固定的条件下，有

I=U S / U R =RI=RU S / U C =I/ωC=U S /ωC U L =ωLI=ωLU S / 改变电源角频率ω，可得到响应电压随电源角频率ω变化的谐振曲线，回路 电流与电阻电压成正比。从图中可以看到，U R 的最大值在谐振角频率ω 处，此 时，U L =U C =QU S 。U C 的最大值在ω<ω 处，U L 的最大值在ω>ω 处。 图表示经过归一化处理后不同Q值时的电流频率特性曲线。从图中（Q 11/2时，U C 和U L 曲线才出现最大值，否则U C 将单调下降趋于0，U L 将单调上升趋于U S 。 仿真RLC电路响应的谐振曲线的测量 五、结论

谐振电路和品质因数Q值的物理意义及教学思路

收稿日期:2012-11-27 作者简介:雷志坤(1966~),广西机电职业技术学院讲师,研究方向:电子技术、实验实训教学。浅谈谐振电路和品质因数Q 值的 物理意义及教学思路 雷志坤 (广西机电职业技术学院,广西南宁 530007) 摘 要:谐振是电路在运行过程中的一个特殊状态,处于谐振状态的电路具有明显而独特的特征;电路品质因数Q 值的物理意义在于揭示了电路谐振程度的强弱,体现了电路对信号源频率的选择性以及电路中无功功率对有功功率的比例。充分理解谐振和品质因数的物理含义对掌握和应用其原理起到事半功倍的效果。本文从实用角度出发,通过对常见应用实例分析引出谐振的概念及其学习重点,并通过对比方法讨论了两种典型谐振的特点及品质因数Q 值物理意义区别,给电路分析相关内容的教学提供了一些有效的参考方法。 关键词:谐振;品质因数Q 值;物理意义;讨论 中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1008-7508(2013)01-0123-03 引言 谐振是电路在运行过程中出现的一种特殊物理现象, 其重要性从无线电通信等技术中的应用中可见一斑。具有 电感和电容元件的不含独立激励源二端电路网络,当网络 的输入阻抗等效为纯电阻时,该电路发生了谐振现象,谐 振时电感感抗大小等于电容容抗,网络端口的电压和电流 同相位,在电感或电容上将获得比端口信号大得多的信号 响应量。Q 值的物理意义体现了一个电路发生谐振的强弱 程度和电路对输入信号选频性的好坏。然而,在电路分析 教学中,我们常常发现学生(尤其是高、中职学校的学生) 对谐振其品质因数Q 这些重要概念的物理含义理解不清或 一知半解,究其原因主要是因为其概念较为抽象,教材中 又多采用复杂而繁琐的数学公式推导,直观性不强,造成 学生对这些概念的理解出现一定程度的困难,将影响到他 们后续课程的学习效果。 如何才能便捷有效地理解电路中的谐振和品质因数等 概念呢?笔者在多年的教学实践中总结出一些较为理想的 教学方法,现归纳为以下几点供同行们探讨。 一、举例说明谐振概念及其品质因数Q 值的物理意义 1、谐振的概念及典型应用举例 现以最常见的收音机输入回路(即调台电路)为例。 如图1为简单的收音机信号输入等效电路,由天线和电阻 R 、电感L 及电容C 组成,其中,R 、L 、C 构一个串联谐振回路。 Journal of Jilin Radio and TV University No.1,2013(Total No.133) 吉林广播电视大学学报 2013年第1期(总第133期) 学术论坛

lc串联谐振变换器

https://www.sodocs.net/doc/9a2216897.html, lc串联谐振变换器 谐振变换器是依靠改变开关网络的工作频率实现对输出量的控制的，因此它是一种变 频控制的开关调节系统。谐振变换器的开关动作被设定在零电流或零电压时刻发生，大大 减小了开关损耗；正弦谐振波还能降低高频谐波噪声；由于电路是利用LC谐振，电路中 的寄生电感和电容能够得到应用。基于这些优点，谐振变换器得到了广泛的应用。小信号 建模是分析和控制变换器的有力工具。 谐振变换器建模方法有扩展描述函数法、DQ等效法、注入?吸收电流法等。扩展描述函数法也是一种适用于谐振类变换器建模方法，根据描述函数理论非线性环节的稳态输出 可看成一个与输入信号同频的正弦函数，只是幅值与相位不同。把输出信号和输入信号的 复数比定义为非线性环节的描述函数，但是其前提是将输入端开关动作等效成一个统一的 函数。DQ等效法将电路中的矢量，从静止的直角坐标系变换到与电路中矢量相同角速度 旋转的DQ坐标系中。扩展描述函数法和DQ等效法都是以基波等效法为基础所建的模型，适用于电流连续模式，并不适用于电流不连续模式。注入?吸收电流法是一种电流连续模式和电流不连续模式下都可用的建模方法。本文采用注入?吸收电流法对工作于电流断续模式下的串联谐振变换器的建模展开研究，并在此基础上设计了满足要求的补偿器。 传递函数推导 根据电感电流的连续与否，变换器工作模式分为两种：连续导电模式（CCM）和不连续导电模式（DCM）。当开关频率大于 1 2 的谐振频率时，串联谐振变换器是工作在电流连续模式下的；当开关频率小于1 2 的谐振频率时，串联谐振变换器是工作在电 流断续模式下的，这样开关工作在零电流（ZCS）条件下，可以降低开关损耗，提高电源 的效率。断续工作模式的半个开关周期包含a，b，c三种工作状态。假设负载电容值远远大于谐振电容的电容，因此在一个谐振周期内，负载电容的电压上升非常小，在分析过程 中将其看成一个恒压源。根据以上分析；a，b工作模式的等效电路如图2所示。c表示谐振电流为零时的工作模式（其状态电路图省去）。 仿真实验结果

实验报告 R、L、C串联谐振电路的研究

实验报告 祝金华 PB15050984 实验题目：R 、L 、C 串联谐振电路的研究 实验目的： 1. 学习用实验方法绘制R 、L 、C 串联电路的幅频特性曲线。 2. 加深理解电路发生谐振的条件、特点，掌握电路品质因数（电路Q 值）的物理意义及其测定方法。 实验原理 1. 在图1所示的R 、L 、C 串联电路中，当正弦交流信号源U i 的频率 f 改变时，电路中的感抗、容抗随之而变，电路中的电流也随f 而变。 取电阻R 上的电压U O 作为响应，当输入电压U i 的幅值维持不变时， 在不同频率的信号激励下，测出U O 之值，然后以f 为横坐标，以U O 为纵坐标，绘出光滑的曲线，此即为幅频特性曲线，亦称谐振曲线，如图2所示。 2. 在f ＝fo ＝ LC 21处，即幅频特性曲线尖峰所在的频率点称为谐振频率。此时X L ＝Xc ，电路呈纯阻性，电路阻抗的模为最小。在输入电压U i 为定值时，电路中的电流达到最大值，且与输入电压U i 同相位。从理论上讲，此时 U i ＝U R ＝U O ，U L ＝U c ＝QU i ，式中的Q 称为电路的品质因数。 3. 电路品质因数Q 值的两种测量方法 一是根据公式Q ＝ o C U U 测定，U c 为谐振时电容器C 上的电压（电感上的电压无法测量，故不考虑Q= o L U U 测定） 。另一方法是通过测量谐振曲线的通频带宽度△f ＝f2－f1，再根据Q U m ax 02 U max 0U 0 102 L C R o i 图 1

＝ 1 2f f f O -求出Q 值。式中f o 为谐振频率，f 2和f 1是失谐时， 亦即输出电压的幅度下降到最 大值的2/1 (＝0.707)倍时的上、下频率点。Q 值越大，曲线越尖锐，通频带越窄，电路的选择性越好。 在恒压源供电时，电路的品质因数、选择性与通频带只决定于电路本身的参数，而与信号源无关。 预习思考题 1. 根据实验线路板给出的元件参数值，估算电路的谐振频率。 L=30mH fo ＝LC π21=1/(2×π6 31001.01030--???)=9188.81Hz 2. 改变电路的哪些参数可以使电路发生谐振，电路中R 的数值是否影响谐振频率值？ 改变频率f,电感L ，电容C 可以使电路发生谐振，电路中R 的数值不会影响谐振频率值。 3. 如何判别电路是否发生谐振?测试谐振点的方案有哪些？ 判断：电容与电感的电压相等时，电路此时发生谐振；U i 与U 0相位相同时此时发生谐振；U i 与U 0大小相等时电路发生谐振。 测量：理论计算，f=1/（2π√LC ）； 仪表测量此时电流频率。 4． 电路发生串联谐振时，为什么输入电压不能太大， 如果信号源给出3V 的电压，电路谐振时，用交流毫伏表测U L 和U C ，应该选择用多大的量限？ 输入电压过大，L 、C 器件两端的电压远高于信号源电压；应该选用最大量程 。 4. 要提高R 、L 、C 串联电路的品质因数，电路参数应如何改变？ 减小R,增大L ，同时等比例缩小C 。 5. 本实验在谐振时，对应的U L 与U C 是否相等？如有差异，原因何在？ U L ，U C 大小相等，方向相反，因为在谐振点L,C 的阻抗相等,二者阻抗方向相反。 实验设备 低频函数信号发生器，交流毫伏表，双踪示波器，频率计，谐振电路实验电路板 实验内容 1. 利用HE-15实验箱上的“R 、L 、C 串联谐振电路”，按图3组成监视、测量电路。选C 1=0.01μF 。用交流毫伏表测电压， 用示波器监视信号源输出。令信号源输出电压U i =3V ，并

串联谐振：如何谐振及其原理解析

串联谐振：如何谐振及其原理解析 谐振电路是在具有电阻R、电感L、电容C的交流电路中；一般电路的电压与电流电路中的相位是不同的。如果我们调整电路元件（L或C）或电源频率的参数，它们可以具有相同的相位，整个电路呈现纯电阻。当电路达到这种状态时，称为共振。研究共振现象的目的是了解这一客观现象，充分利用科学技术中共振的特点，同时预防产生的危害。根据电路连接的不同，可分为串联谐振和并联谐振。 在HTXZ串联谐振情况下，电感电压和电容电压是等价的，即电感电容吸收不同数目的等效无功率，使电路吸收的无功率为0；电场能量和磁场能量不断变化，但这部分能量在电场和磁场之间振荡，整个电路的电磁场能量之和保持不变；励磁电源电路的能量转化为电阻加热。为了维持振荡，励磁必须不断地提供能量来补偿电阻的热消耗。与电路中的电磁场总能量相比，每个振荡电路消耗的能量越少，电路的质量越好。 首先，谐振是在一定条件下由R、L和C元件组成的电路的特殊现象。首先，当C系列电路发生谐振时，首先要分析电路的特性，如图1、C系列电路的复阻抗如下：在正弦电压作用下：电路的复阻抗如下：

公式中，电抗x=x1 xc是角频率w的函数，x随w的变化如图2所示。当w从0变为如图2所示时，x从-变为+如W所示，当w 0，当x是电容性的，当w 0，当x是电感性的，当w=w0，当阻抗z（w0）=r是纯电阻、电压和无穷大时。电流同相，我们称之为此时电路谐振的工作状态。由于这种共振发生在RLC串联电路中，我们也可以称之为串联谐振、串联谐振电路等。式1是串联电路的谐振条件，从中可以得到谐振角频率w。如图：

谐振频率为 由此可见，串联电路的谐振频率是由其自身的参数L和C决定的，这与外界条件无关。当电源固定时，可以调节L和C，使电路的固有频率与电源频率产生共振。 4.变频串联谐振的计算方法 变频串联谐振主要是指所研究的串联电路的电压和电流达到同一相位，即电路中电感的电感电抗和电容电抗的值和时间相等，使所研究的电路呈现出纯的电阻特性。在给定的端电压下，所研究的电路中会出现最大电流。电路中消耗的是最大的有功功率。 变频串联谐振计算方法 z=r+jx，x=0，z=r，i=u/z=u/r。 （1）谐振定义：在电路中，当两个元件的能量由电路中的一个电抗模块释放，而另一个电抗模块必须吸收相同的能量时，两个元件的能量相等，即两个电抗元件之间会有能量脉动。 （2）为了产生共振，电路必须有电感L和电容C。 （3）相应的共振频率是以fr表示的共振频率或共振频率。 串联谐振电路之条件如下： 当q=qi2xl=i2xc或xl=xc时，得到了r-l-c串联电路的谐振条件。

LLC串联谐振全桥变换器的研究分析

分 类 号 学 号2003611310063 学码校代 10487 密 级 硕学论士位文 LLC 联谐桥串振全DC/DC 变换研器的究 学请位申人： 宫 力 学专业科： 电电与电传动力子力 导教师指： 晓李帆 教 授 辩答日期: 2006年4月28日

A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Engineering Research on LLC Series Resonant Full-Bridge DC/DC Converter Candidate ： Gong Li Major ：Power Electronics and Electric Drive Supervisor：Professor Li Xiaofan Huazhong University of Science and Technology Wuhan 430074, P.R.China

April, 2006

独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密□，在_____年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密□。 （请在以上方框内打“√”） 学位论文作者签名：指导教师签名： 日期：年月日日期：年月日

RLC串联谐振频率及其计算公式

R L C串联谐振频率及其计算公式 2009-04-21 09:51 串联谐振是指所研究的串联电路部分的电压和电流达到同相位,即电路中电感的感抗和电容的容抗在数值上时相等的,从而使所研究电路呈现纯电阻特性,在给定端电压的情况下,所研究的电路中将出现最大电流,电路中消耗的有功功率也最大. 1. 谐振定义：电路中L、C 两组件之能量相等，当能量由电路中某一电抗组件释 出时，且另一电抗组件必吸收相同之能量，即此两电抗组件间会产生一能量脉动。 2. 电路欲产生谐振，必须具备有电感器L及电容器C 两组件。 3. 谐振时其所对应之频率为谐振频率(resonance)，或称共振频率，以f r表示之。 4. 串联谐振电路之条件如图1所示：当Q=Q I2X L = I2 X C也就是 X L =X C 时，为R-L-C 串联电路产生谐振之条件。 图1 串联谐振电路图 5. 串联谐振电路之特性： (1) 电路阻抗最小且为纯电阻。即Z =R+jX L jX C=R (2) 电路电流为最大。即 (3) 电路功率因子为1。即 (4) 电路平均功率最大。即P=I2R (5) 电路总虚功率为零。即Q L=Q C Q T=Q L Q C=0 6. 串联谐振电路之频率： (1) 公式：

(2) R - L -C 串联电路欲产生谐振时，可调整电源频率f 、电感器L 或电容器C 使其达到谐振频率f r ，而与电阻R完全无关。 7. 串联谐振电路之质量因子： (1) 定义：电感器或电容器在谐振时产生的电抗功率与电阻器消耗的平均功率 之比，称为谐振时之品质因子。 (2) 公式： (3) 品质因子Q值愈大表示电路对谐振时之响应愈佳。一般Q值在10～100 之间。 8. 串联谐振电路阻抗与频率之关系如图(2)所示： (1) 电阻R 与频率无关，系一常数，故为一横线。 (2) 电感抗X L=2 π fL ，与频率成正比，故为一斜线。 (3) 电容抗与频率成反比，故为一曲线。 (4) 阻抗Z = R+ j(X L X C) 当 f = f r时，Z = R 为最小值，电路为电阻性。 当f ＞f r时，X L＞X C，电路为电感性。

谐振电路研究

实验报告 课程名称：电路与电子实验指导老师：___王旃____成绩：__________________ 实验名称：交流电路阻抗的测量实验类型：________________同组学生姓名：__________ 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的 1.掌握谐振频率及品质因数的测量方法； 2.掌握频率特性曲线的测量与作图技巧； 3.了解谐振电路的选频特性、通频带及其应用； 4.研究电感线圈以及信号源的非理性状态对谐振特性测量的影响和修正方法。 二、实验原理 1.RLC串联谐振：在RLC电路中等效阻抗Z=R+(wL-1/wC)j，因此存在一个谐振频率f0，使Z虚部为0，即wL=1/wC，此时电源为恒压源的电路路端电流最大，这就是谐振状态。 2.品质因数Q：在RLC串联电路中，Q=U C/U R=U L/U R，Q是谐振电路的一个重要参数。 3.选频特性：RLC电路在谐振时电流最大，随着电源频率f的变化，f与谐振频率f0差距越大，路端电流越小，这就是RLC电路的选频特性。 4.通频带：当路端电流I=I0/√2时，存在电源频率f1与f2，此时的2π（f2-f1）区间就被称为通频带，也可以用w /Q表示。 三、主要仪器设备 函数发生器、示波器、交流毫伏表、电工试验台、导线若干。 四、测得数据与绘制曲线 1.100Ω电阻、0.1uF电容、40mH电感串联RLC电 路测量 如图所示接好实验电路，使用函数发生器作为激励， 由于函数发生器的非理想性（有内阻），在调整函数发 生器频率时路端电压U0会发生变化，所以需要在路端 接上一个交流毫伏表，在调整频率的同时调整幅值使 路端电压不变。 由f0=ω 2π 重合时f0 调整函数发生器输出频率获得以下数据： 装订线

RLC串联谐振电路(Multisim仿真实训)

新疆大学 实习（实训）报告 实习（实训）名称: __________ 电工电子实习（EDA __________ 学院: __________________ 专业班级_________________________________ 指导教师______________________ 报告人____________________________ 学号 ______ 时间： 实习主要内容： 1. 运用Multisim仿真软件自行设计一个RLC串联电路，并自选合适的参数。 2. 用调节频率法测量RLC串联谐振电路的谐振频率f 0 ，观测谐振现象。 3. 用波特图示仪观察幅频特性。 4?得出结论并思考本次实验的收获与体会。 主要收获体会与存在的问题: 本次实验用Multisim 仿真软件对RLC串联谐振电路进行分析，设计出了准确的电路模型，也仿真出了正确的结果。通过本次实验加深了自己对RLC振荡电路的理解与应用，更学习熟悉了Multisim 仿真软件，达到了实验的目

的。存在的问题主要表现在一些测量仪器不熟悉，连接时会出现一些错误，但最终都实验成功了。 指导教师意见: 指导教师签字： 年月日 备注: 绪论 Multisim仿真软件的简要介绍 Multisim是In terctive Image Tech no logies公司推出的一个专门用于电子电 路仿真和设计的软件，目前在电路分析、仿真与设计等应用中较为广泛。该软件以图形界面为主，采用菜单栏、工具栏和热键相结合的方式，具有一般Windows 应用软件的界面风格，用户可以根据自己的习惯和熟练程度自如使用。尤其是多种可放置到设计电路中的虚拟仪表，使电路的仿真分析操作更符合工程技术人员的工作习惯。下面主要针对Multisim11.0软件中基本的仿真与分析方法做简单介绍。 EDA就是“ Electronic Design Automation ”的缩写技术已经在电子设计领 域得到广泛应用。发达国家目前已经基本上不存在电子产品的手工设计。一台电子产品的设计过程，从概念的确立，到包括电路原理、PCB版图、单片 机程序、机内结构、FPGA的构建及仿真、外观界面、热稳定分析、电磁兼容分析在内的物理级设计再到PCB钻孔图、自动贴片、焊膏漏印、元器件清 单、总装配图等生产所需资料等等全部在计算机上完成。EDA已经成为集成 电路、印制电路板、电子整机系统设计的主要技术手段。 功能： 1. 直观的图形界面 整个操作界面就像一个电子实验工作台，绘制电路所需的元器件和仿真所需的测试仪器均可直接拖放到屏幕上，轻点鼠标可用导线将它们连接起来，软件仪器的控制面板和操作方式都与实物相似，测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器上看到的；

串联谐振电路实验的心得体会

串联谐振电路实验的心得体会 篇一：实验九串联谐振电路实验 实验九 串联谐振电路实验 一、实验目的 1．测量RLC串联电路的谐振曲线，通过实验进一步掌握串联谐振的条件和特点。 2．研究电路参数对谐振特性的影响。 二、原理 1．RLC串联电路在图9-1所示的，RLC串联电路中，若取电阻R两端的电压为输出电压，则该电路输出电压与输入电压之比为： U2R ??U1R?j（?L?1) ?C ?L tg?1 R 1 图9-1 图9-2

2．幅频特性 电路网络输出电压与输入电压的振幅比随ω变化的性质，称为该网络的幅频特性，如图9-2所示。 3．谐振条件二阶带通网络的幅频特性出现尖峰的频率f0称为中心频率或谐振频率。此时，电路的电抗为零，阻抗值最小，等于电路中的电阻，电路成为纯电阻性电路,串联电路中的电流达到最大值。 电流与输入电压同相位。我们把电路的这种工作状态称为串联谐振状态。电路达到谐振状态的条件是： 1 ?0L＝或 ?0 ?0C4．通频带宽 改变角频率ω时，振幅比随之变化，当振幅比下降到最大值的1/角频率ω1、ω2叫做3分贝角频率，相应的频率两个f1和f2称为3分贝频率。两个角频率之 差称为该网络的通频带宽： R BW??2－?1＝ L RLC串联电路幅频特性可以用品质因数Q来描述： ??L1Q?0?0 BWR?0CR

三、实验仪器和器材 1．函数信号发生器 2．示波器 3．电阻 4．电感5．电容 6．实验电路板 7．短接线 8．导线 四、实验内容及步骤 1．连接实验电路 按图9-3所示连接电路。其中，电感L= 33mH,电容C=μF,电阻R分别取620Ω和Ω,图中r为电感线圈本身的电阻。 图9-3 2．测绘谐振曲线 测量结果填入表9-1中。 表9-1 R=620Ω的谐振特性 3．研究电路参数对谐振曲线的影响 将图9-3中电阻改为Ω，重复2中步骤，结果填入表9-2中。 表9-2 R=Ω的谐振特性 4．计算通频带宽BW和品质因数Q 将计算结果填入表9-3中。 表9-3 通频带宽BW和品质因数Q 五、思考题 1. 实验中怎么样判断电路已经处于谐振状态？

浅谈MOSFET电容对LLC串联谐振电路的作用

MOSFET电容对LLC串联谐振电路的作用 LLC的优势之一就是能够在比较宽的负载范围内实现原边MOSFET的零电压开通（ZVS），MOSFET的开通损耗理论上就降为零了。要保证LLC原边MOSFET 的ZVS，需要满足以下三个基本条件： 1）上下开关管50%占空比，1800对称的驱动电压波形； 2）感性谐振腔并有足够的感性电流； 3）要有足够的死区时间维持ZVS。 图a)是典型的LLC串联谐振电路。图b)是感性负载下MOSFET的工作波形。由于感性负载下，电流相位上会超前电压，因此保证了MOSFET运行的ZVS。要保证MOSFET运行在感性区，谐振电感上的谐振电流必须足够大，以确保MOSFET 源漏间等效的寄生电容上存储的电荷可以在死区时间内被完全释放干净。 当原边的MOSFET都处于关断状态时，串联谐振电路中的谐振电流会对开关管MOSFET的等效输出电容进行充放电。MOSFET都关断时的等效电路如下图所示：

通过对上图的分析，可以得出需要满足ZVS的两个必要条件，如下： 公式看上去虽然简单，然而一个关于MOSFET等效输出电容Ceq的实际情况，就是MOSFET的等效寄生电容是源漏极电压Vds的函数，之前的文章对于MOSFET的等效寄生电容进行过详细的理论和实际介绍。，也就是说，等效电容值的大小会随着Vds的变化而变化。如下图所示，以Infineon的IPP60R190P6为例：

LLC串联谐振电路MOSFET的Vds放电过程分为四个阶段，如下图所示，(I) 380V-300V; (II) 300V-200V; (III) 200V-100V; (IV)100V-0V。 从图中可以看出，(I)和(IV)两部分占据了Vds放电时间的将近2/3，此时谐振腔的电感电流基本不变。这两部分之所以占据了Vds放电的大部分时间，主要原因在于当Vds下降到接近于0的时候，MOFET源漏间的寄生电容Coss会指数的增加。因此要完全释放掉这一部分的电荷，需要更长的LLC谐振周期和释放时间。 因此选择合适的MOSFET(足够小的等效寄生电容)，对于ZVS的实现至关重要，尤其是当Vds接近于0的时候，等效输出电容要足够小，这样还可以进一步降低死区时间并提高LLC的工作效率。 下图进一步说明如何选择合适的ZVS方案。

串联谐振电路分析

外施耐压串联谐振电路分析 已知：串联谐振装置电抗器组合方式为两串三并（即三条并联支路上各有两个电抗器串联起来），单个电抗器电感值为L ，单个电抗器电阻值为r ，所有电抗器的铭牌参数均一致。被试品电容值为C ，试验中被试品加压到U ，励磁变选用的高低压抽头电压变比为K ，励磁变视在功率S ，励磁变额定电压U o ，励磁变额定电流为I o ，被试品加压到U 时励磁变的损耗为P 损耗。 一．需计算量如下： 1.画出串联谐振时整个电路的基本电路图。 2.画出谐振时高压侧的向量图。 3.串联谐振频率f 的计算公式。 f= LC 21 π（本题装置串联谐振频率f=LC 832 π） 4.串谐高压侧电路电流I 高压侧的计算公式，并且算出分配到单个电抗器的电 流，电压时多少？ I 高压侧=U jC f 2 π；谐振时：分配到单个电抗器电流L I = LC UC 6；

分配到单个电抗器电压L U =2 U -。 5.串谐低压侧电路电流I 低压侧的计算公式。 I 低压侧=U jC f 2 **πK 6.电路品质因数Q （放大倍数）的计算公式。 Q= wCR 1或R wL （本题装置串联谐振品质因数Q=C 232 r L ） 7.被试品或电抗器组合的无功功率Q 无功计算公式。 Q 无功=2U jC f 2 *π 或L 2233U C f j8- *π （=L 32L,本题Q 无功= 3 L U C f j16-2233 *π ） 8.串联谐振高压侧有功功率P 计算公式。 P=R 2222U C f 4 - *π （=R 32r 本题P=3 r U C f 8-2222 *π） 9.串联谐振高压侧电路总功率P 总计算公式。 P 总=2U jC f 2 *πL 2233U C f j8- *πR 2222U C f 4- *π 化简 P 总 = ()jCR f 2-CL f 4-1U jC f 22***πππ （= L 32L ；=R 32r 本题P 总=?? ? ??***3jCr f 4-3CL f 8-1U jC f 22πππ ； 谐振时P 总=R 2 2 2 2U C f 4- *π=3 r U C f 8-2 222 *π） 10.励磁变输出高压U 输出，I 输出，P 输出计算公式。 I 输出=U jC f 2 *π U 输出=U jC f 2 *π（C L R j f 21 j f 2*+*+ππ） （= L 32L ；=R 32r 本题U 输出=U jC f 2 *π（C j f 213jL f 43r 2*+*+ππ））

串联谐振电路

串联谐振电路 学号： 姓名： 成绩： 1、实验目的 1. 加深对串联谐振电路条件及特性的理解。 2. 掌握谐振频率的测量方法。 3. 理解电路品质因数Q和通频带的物理意义及测量方 法。 4. 测定RLC串联谐振电路的频率特性曲线。 5. 深刻理解和掌握串联谐振的意义及作用。 6. 掌握电路板的焊接技术以及信号发生器、交流毫伏 表等仪器的使用。 7. 掌握Multisim软件中的Function Generator、 Voltmeter、Bode Plotter等仪表的使用，以AC Analysis 等SPICE仿真分析方法。 8. 用Origin绘图软件绘图。 2、实验原理 RLC串联电路如图7.1所示，改变电路参数L、C或电源频率时，都可能使电路发生谐振。 该电路的阻抗是电源角频率的函数 （7-1） 当时，电路中的电流与激励电压同相，电路处于谐振状态。谐振角频率，谐振频率。 谐振频率仅与元件的数值有关，而与电阻和激励电源的角频率无关， 当时，电路呈容性，阻抗角＜0；当时，电路呈感性，阻抗角＞0。

1.电路处于谐振状态时的特性： (1) 回路阻抗，为最小值，整个回路相当于一个纯电阻电 路。 (2) 回路电路I0的数值最大， (3) 电阻的电压U R的数值最大, (4) 电感上的电压U L与电容上的电压U C数值相等，相位相 差。 2.电路的品质因数Q和通频带B 电路发生谐振时，电感上的电压(或电容上的电压)与激励电压之比称为电路的品质因数Q，即 （7-2） 定义回路电流下降到峰值的0.707时所对应的频率为截止频率，介于两截止频率间的频率范围为通频带。 （7-3） 3.谐振曲线 电路中电压与电流随频率变化的特性称频率特性，它们随频率变化的曲线称频率特性曲线，也称谐振曲线。 在固定的条件下： 改变电源角频率，可得到图7.2响应电压随电源角频率变化的谐振曲线，回路电流与电阻电压成正比。从图中可以看到，U R的最大值在谐振角频率ω0处，此时U C=U L=Q U。U C的最大值在ω<ω0处， U L的最大值在ω>ω0处。 图7.3则表示经过归一化处理后不同值时的电流频率特性曲线。从图中可以看：值愈大，曲线尖峰值愈峻端，其选择性就愈好，但电路的通过的信号频带越窄，即通频带越窄。 3、实验内容 1. Multisim仿真 （1） 创建电路：从元器件库中选择可变电阻、电容、电感创建如图电路。

高级技师论文-浅谈高频高压电源供电的效率与稳定

浅谈高频高压电源供电的效率与稳定 摘要： 论文简述：根据高频高压电源的工作原理和现场使用工况，对照工频高压供电的应用参数，简单阐述了高频高压供电的优越性。并以数字为例，简明扼要的叙述了高频高压电源高效、节能、环保概念的优良设备。在同一除尘器电场的情况下，有着降低消耗，提高转换效率，提高运行电压和电流，提高功率因数，稳定电网安全运行等优点。配以先进的微机控制使运行更可靠。同时，又结合生产使用实际，分析了影响设备稳定运行的几个方面的因素。主要是温度和灰尘对设备的影响，而且两者所牵涉的冷却和密封问题，是两个不可调和的矛盾。也是设备生产和运行首要解决的问题。 关键词：高频高压电源、除尘效率、节能、稳定 前言: 随着科技的发展和人类文明的进步，越来越多的把使用环保和节能型能源，作为一种社会的责任和追求。发电厂的除尘和脱硫装置的使用，就是这种责任的体现，而高频高压电源供电，又是在原工频高压电源供电的基础上脱颖而出。以他独特的优势，兼顾环保和节能，实现了人们珍惜生命和健康的迫切愿望。 1、导出 高频高压电源供电是目前广泛应用在电除尘设备的一项新技术。

对于高频高压电源的论文和设计理念不一而足。我们就以邹县发电厂#1—4 机电除尘器使用的龙净环保GGYAJ 为例，浅谈高频高压电源的效率与稳定。 本文涉及的关键词：高频高压电源：除尘效率：节能：稳定 2、工作原理 高频高压电源是将工频三相交流电整流后，经高频逆变；升压，再二次整流后，以直流负高压输出。为电除尘器提供一个接近直流的脉动电压波形。具有输出波纹小，平均电压电流高，转换效率高，功率因数高等优点。 高频高压电源原理上有三大部分组成。即变换器、高频变压器、控制器。是由三相电源电压输入，全桥可控整流后，经串并联谐振变换成20hz—40hz 高频信号，输入给高频变压器。相对于原工频高压供电方式，有着平衡输入；高效变换，低纹波，高电流电压输出，调制平稳的明显优势。 如图1