諧振電路原理分析與運用

賴少鋒 廣東省廣播電視技術中心

諧振電路原理分析與運用

賴少鋒 廣東省廣播電視技術中心

本文通過諧振電路的工作原理，分析并介紹了串并聯諧振電路在電子鎮流器中的應用，可資豐富講授電路原理課程中的諧振原理內容。

串并聯諧振;電路原理;電子鎮流器

諧振現象發生于正弦穩態電路中，它是一種特定的工作狀態。諧振狀態下，電壓與電流位相一致，電路的總阻抗會達到極值或者與極值相近。諧振研究工作的開展目標是對此客觀現象加以認識，同時以科學及應用技術為基礎對諧振的特征進行充分的利用，并采取有效措施預防其所帶來的危害。

1.諧振的分類及其原理

以電路聯接的方式為依據，諧振可分為串聯諧振與并聯諧振兩種類型。在電阻、電感以及電容組成的串聯電路中，當容抗與感抗相等時，亦即，電路中的電壓會與電流有相同的位相，這時的電路會表現為純電阻性，此現象即為串聯諧振。同串聯諧振類似，并聯諧振電路中的電壓也會與電流有相同的位相，兩者的不同之處僅在于串聯諧振發生于電阻、電感以及電容組成的串聯電路中，而并聯諧振發生于并聯電路中。若在整個電路中既有串聯電路，又有并聯電路，那么它們會在條件滿足之時發生串并聯諧振現象。

無論是串聯諧振還是并聯諧振，整個電路所吸收的無用功率值均為0。此時的電場能量與磁場能量均處于不斷變化的狀態中，但是它們之間會維持一種此增彼減，相互補償的規律，簡單地說，能量會在電場與磁場之間進行振蕩，在整個電路的電磁場中，能量的總和不會發生變化。此外，激勵供給電路中的能量會完全向電阻發熱進行轉化，為了使振蕩有效地維持下去，激勵會不間斷地供給能量，以對電阻發熱所造成的消耗予以彌補。相較于電路中總的電磁場能量來說，每出現一次振蕩所給電路造成的能量消耗越少，電路的品質就會越佳。

2.串并聯諧振電路原理在實際中的應用——以電子鎮流器為例

電子鎮流器是一種變換器，它安裝于電網與燈之間，能夠將工頻交流電源轉換為高頻交流電源。在電子鎮流器中，諧振電路會向燈提供合適的交流電壓與交流電流，目的在于保證燈可以在一定的時間內進行預熱，并通過高壓點燃進入正常工作狀態。在圖1中， DSP會對諧振電路中的兩個開關管與的交替導通進行控制，在工作狀態下，兩個開關管通過交替導通會產生高頻電流，實現直流到交流的逆變。圖中的兩個開關管無法同時導通，如果強行進行同時導通的話，會出現短路現象，加之半橋逆變串并聯諧振輸出回路的組成包括諧振電容、濾波電容、電感及負載，因為電感電流無法突變，需在開關管上與二極管進行并聯，使電感電流在死區時間內通過二極管續流，如果續流太大，通過二極管D1的續流會流到前級電路中，使系統出現損壞，并且在續流狀態下，會有短時間的高頻輻射與電流（電壓）浪涌產生，這會對系統的正常運作產生一定的干擾，因此兩個開關管要有一定的死區時間，同時盡可能地減小死區時間內二極管的續流電流，以避免續流值過大造成的電子鎮流器工作受阻。

圖1 電子鎮流器串并聯諧振電路工作原理

對圖1電路進行假設：（1）一個開關周期內整流出來的直流電壓E為恒壓；（2）開關管與續流二極管器件理想，可以實現零電壓通導與零電流關斷；（3）兩個開關管有相等的占空比。

經過分析，圖1中的電路有兩種狀態，各自的電路方程可由式（1）與式（2）表示。

若L， C1， C2已知，便可對負載電流大小進行計算，單臺燈管的功率通常在幾十瓦到200瓦之間，其正常運行所負載的電流不是很大，在選擇器件之時需對此加以考慮。

根據式（1）與式（2），可計算出負載電壓與電流的有效值：

圖1中的電感電流IL同開關管電壓的相位關系可由圖2表示出來。

圖2 電感電流與開關管電壓相位關系

3.結語

本文在理論層面上對電子鎮流器的串并聯諧振電路進行分析，得出如下結論：要向負載提供可靠的高頻交流電流，在進行主電路的設計之時，不能盲目選擇諧振電容、濾波電容以及濾波電感，此外，諧振電容的選擇可以在一定程度上影響負載提供的電能質量，因此，在進行DSP控制開關管工作之時要首先對諧振電路的工作頻率，以及開關管的工作頻率進行計算。

[1]趙平華，賀曉華.RLC串聯諧振電路的研究[D].大學物理實驗，2012（6）：69-72.

[2]邱彬，王凱.串并聯諧振電路在電子鎮流器中的應用研究[J].制造業自動化，2011（10）：142-145.

賴少鋒（，1990-），男，本科，廣東潮州人，助理工程師，研究方向為中波發射機的維護。