LC谐振零开关基本特性

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LLC原理讲解

LLC原理讲解与传统PWM（脉宽调节）变换器不同，LLC是一种通过控制开关频率（频率调节）来实现输出电压恒定的谐振电路。

它的优点是：实现原边两个主MOS开关的零电压开通(ZVS)和副边整流二极管的零电流关断(ZCS)，通过软开关技术，可以降低电源的开关损耗，提高功率变换器的效率和功率密度。

学习并理解LLC，我们必须首先弄清楚以下两个基本问题：1.什么是软开关；2.LLC电路是如何实现软开关的。

由于普通的拓扑电路的开关管是硬开关的，在导通和关断时MOS管的Vds电压和电流会产生交叠，电压与电流交叠的区域即MOS管的导通损耗和关断损耗。

如图所示：为了降低开关管的开关损耗，提高电源的效率，有零电压开关(ZVS) 和零电流开关（ZCS)两种软开关办法。

1零电压开关 (ZVS)开关管的电压在导通前降到零，在关断时保持为零。

2零电流开关（ZCS)使开关管的电流在导通时保持在零，在关断前使电流降到零。

由于开关损耗与流过开关管的电流和开关管上的电压的成绩（V*I）有关，当采用零电压ZVS导通时，开关管上的电压几乎为零，所以导通损耗非常低。

►Vin为直流母线电压，S1，S2为主开关MOS管（其中Sc1和Sc2分别为MOS管S1和S2的结电容，并联在Vds上的二极管分别为MOS管S1和S2的体二极管），一起受控产生方波电压；►谐振电容Cr 、谐振电杆Lr 、励磁电杆Lm一起构成谐振网络；►np，ns为理想变压器原副边线圈；►二极管D1, 二极管D2，输出电容Co一起构成输出整流滤波网络。

那么LLC电路是怎么实现软开关的呢？要实现零电压开关，开关管的电流必须滞后于电压，使谐振槽路工作在感性状态。

LLC 开关管在导通前，电流先从开关MOS管的体二极管（S到D）内流过，开关MOS 管DS之间电压被箝位在接近0V（二极管压降），此时让开关MOS管导通，可以实现零电压导通；在关断前，由于DS 间的电容电压为0V而且不能突变，因此也近似于零电压关断（实际也为硬关断）。

数电与模电 (17)

8.3.1 零电压开通脉冲宽度调制(ZVSPWM)变换器工作原理
T1零电压开通条件：
I o Z r VD
I o min VD Z r VD Lr Cr
(8-11)
最小负载电流需满足：
VT1、vcr最高电压：开通期尽量缩短取：
VD I o Z r 2VD
Tr 2 Lr Cr (0.1 ~ 0.05)Ts
开关状态3：t2<t<t3
t=t2时，关断T2， Lr 、 Cr谐振半个周期到t3， t=t3时 Vcr＝VT1＝VD， iL达到负最大值。
8.3.1 零电压开通脉冲宽度调制(ZVSPWM)变换器工作原理
开关状态4：t3<t<t8
如IoZr<VD, 则VT1不可能为零。如IoZr>VD, 则当VT1＝0时, iT1仍为负值。此后负值iL经D1向VD回送电流，直到t=t6。在t4~t6期间，VT1＝0。若在t5驱动T1，则为零电压开通。
8.4.1 零电流关断脉冲宽度调制(ZCSPWM)变换器工作原理
D1 Lr Lf T2 D2 Vo
主电路组成 5种开关状态

T1 Vg1 VD
iL
I f=I o
Do Cf
Vg2
+
R
+
Vcr
ic
Cr
开关状态1：电感充磁
-

开关状态2：谐振阶段Ⅰ
开关状态3：VD向负载供电
图 8.6 (a) ZCS PWM Buck DC/DC 变换器
8.3.1 零电压开通脉冲宽度调制（ZVS PWM）变换器工作原理 8.3.2 零电压开通脉冲频率调制（ZVS PFM）变换器工作原理

LC串联谐振变换器与LLC谐振变换器的分析与比较

LC串联谐振变换器与LLC谐振变换器的分析与比较摘要：谐振型变换器作为一种软开关变换技术，具有体积小、开关频率高、开关损耗小、效率高等优点。

本文主要对LC串联谐振变换器与LLC谐振变换器的原理和结构等展开了分析和比较，希望为突破硬开关的瓶颈，减小开关损耗即实现开关管的软开关有一定的借鉴意义。

关键词：谐振变换器；开关变换；分析比较高效率、高频化和高功率密度是开关电源发展的必然趋势，然而传统硬开关电路的开关损耗正比于开关频率，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。

为突破硬开关的瓶颈，减小开关损耗即实现开关管的软开关，由此软开关技术应运而生。

谐振型变换器作为软开关的一种，应用谐振原理，使开关电源中开关器件的电压或电流按正弦或准正弦规律变化，当电流自然过零时，使器件关断，电压为零时，使器件开通，从而使器件在关断和开通的过程中损耗接近为零。

本文就LC串联谐振变换器以及LLC谐振变换器进行原理分析和比较。

1 结构分析与比较全桥式LC串联谐振变换器其结构相对简单，MOSFET管Q1、Q2和Q3、Q4分别构成逆变电路的上下两桥臂，Q1，Q3管驱动信号相同，Q2，Q4管驱动信号相同，谐振元件Lr、Cr串联构成谐振网络，谐振网络经过变压器，再经过全波整流电路后与负载RL串联，可知，谐振网络与负载形成了一个分压式结构，变压器既起到电压变换的作用，又起到隔离作用。

图1为LLC全桥谐振变换器。

与LC串联谐振变换器结构基本相同，不同的是谐振电路中增加了一个励磁电感Lm，与谐振电感Lr不同在于Lm是一个由变压器励磁产生的有限的值。

图1 全桥式LLC谐振变换器在全桥逆变电路中，MOS管Q1和Q3、Q2和Q4同时导通和截止，为180°互补导通。

为避免上下桥臂形成直通导致短路，Q1和Q3、Q2和Q4两组驱动信号应设置一定的死区时间。

由于一次侧谐振电感较大可以起到滤波作用，所以二次侧不用滤波电感只用一个较大的滤波电容即可，输出的电压可以得到比较平滑的直流电压。

LC振荡电路的工作原理及特点

简单介绍LC振荡电路的工作原理及特点LC振荡电路，顾名思义就是用电感L和电容C组成的一个选频网络的振荡电路，这个振荡电路用来产生一种高频正弦波信号。

常见的LC振荡电路有好多种，比如变压器反馈式、电感三点式及电容三点式，它们的选频网络一般都采用LC并联谐振回路。

这种振荡电路的辐射功率跟振荡频率的四次方成正比，如果要想让这种电路向外辐射足够大的电磁波的话，就必须提高其振荡频率，而且还必须是电路具备开放的形式。

LC振荡电路之所以有振荡，是因为该电路通过运用电容跟电感的储能特性，使得电磁这两种能量在交替转化，简而言之，由于电能和磁能都有最大和最小值，所以才有了振荡。

当然，这只是一个理想情况，现实中，所有的电子元件都有一些损耗，能量在电容和电感之间转化是会被损耗或者泄露到外部，导致能量不断减小。

所以LC 振荡电路必须要有放大元件，这个放大元件可以是三极管，也可以是集成运放或者其他的东西。

有了这个放大元件，这个不断被消耗的振荡信号就会被反馈放大，从而我们会得到一个幅值跟频率都比较稳定的信号。

开机瞬间产生的电扰动经三极管V组成的放大器放大，然后由LC选频回路从众多的频率中选出谐振频率F0。

并通过线圈L1和L2之间的互感耦合把信号反馈至三极管基极。

设基极的瞬间电压极性为正。

经倒相集电压瞬时极性为负，按变压器同名端的符号可以看出，L2的上端电压极性为负，反馈回基极的电压极性为正，满足相位平衡条件，偏离F0的其它频率的信号因为附加相移而不满足相位平衡条件，只要三极管电流放大系数B和L1与L2的匝数比合适，满足振幅条件，就能产生频率F0的振荡信号。

LC振荡电路物理模型的满足条件①整个电路的电阻R=0(包括线圈、导线)，从能量角度看没有其它形式的能向内能转化，即热损耗为零。

②电感线圈L集中了全部电路的电感，电容器C集中了全部电路的电容，无潜布电容存在。

③LC振荡电路在发生电磁振荡时不向外界空间辐射电磁波，是严格意义上的闭合电路，LC电路内部只发生线圈磁场能与电容器电场能之间的相互转化，即便是电容器内产生的变化电场，线圈内产生的变化磁场也没有按麦克斯韦的电磁场理论激发相应的磁场和电场，向周围空间辐射电磁波。

LC振荡电路的工作原理及特点

常见的LC振荡电路有好多种，比如变压器反馈式、电感三点式及电容三点式，它们的选频网络一般都采用LC并联谐振回路。

当然，这只是一个理想情况，现实中，所有的电子元件都有一些损耗，能量在电容和电感之间转化是会被损耗或者泄露到外部，导致能量不断减小。

所以LC 振荡电路必须要有放大元件，这个放大元件可以是三极管，也可以是集成运放或者其他的东西。

有了这个放大元件，这个不断被消耗的振荡信号就会被反馈放大，从而我们会得到一个幅值跟频率都比较稳定的信号。

开机瞬间产生的电扰动经三极管V组成的放大器放大，然后由LC选频回路从众多的频率中选出谐振频率F0。

并通过线圈L1和L2之间的互感耦合把信号反馈至三极管基极。

设基极的瞬间电压极性为正。

LC振荡电路物理模型的满足条件①整个电路的电阻R=0(包括线圈、导线)，从能量角度看没有其它形式的能向内能转化，即热损耗为零。

②电感线圈L集中了全部电路的电感，电容器C集中了全部电路的电容，无潜布电容存在。

RLC串联谐振特性

Q1: RLC串联电路作用
在无线电接收设备中用来选择接收信号电路对非谐振频率的信号衰减作用大，广播电台以不同频率的电
磁波向空间发射自己的讯号，调节收音机中谐振电路的可变电容，可将不同频率的各个电台分别接收。
在电子技术中用来获取高频高压对于一般实用的串联谐振电路，R很小且常用L的电阻（即电感线圈
并联时，负载电压只有一个，电流回路有两个，电压与电源相同，电容电流与电感电流的差值等于电源电流。因此这是电流谐振。
Q3:
在串联谐振发生时，电容或电感上的电压约等于外加电压的Q倍。但是当你将负载并联到电容或电感上时，电路的Q值将大大下降，这时在电路中计算时就不能用原来的空载Q值，而要用“有载Q值”，有载Q可能小于1！在串联谐振电路中，电感和电容的电压数值相等，方向相反。理论上是无穷大,不过实际中由于二极管的压降,共频和负载等原因会使其电压大大缩减, 变压器的基本原理是电磁感应原理,在初级线圈上加一交流电压，在次级线圈两端就会产生感应电动势。当N2>N1 时，其感应电动势要比初级所加的电压还要高，这种变压器称为升压变压器：当N2<N1 时，其感应电动势低于初级电压，这种变压器称为降变压器。初级次级电压和线圈圈数间具有下列关系。式中n 称为电压比(圈数比) 。当n<1 时，则N1>N2 ，V1>V2 ，该变压器为降压变压器。反之则为升压变压器
(5) 功率
+
P=RI02=U2/R，电阻功率达最大。
•
Q QL QC 0,
U
即QLL与Cω交0换LI能02量, ，Q与C 电源间ω无10C能量I02交换。
_
•
IR
+
_
•
+

wpe8

T1零电流关断条件：
VD Zr I o
控制T2的开通时刻t3即可改变通态时间2，实现 PWM控制Vo。缺点：
iL max iT1max VD Zr I o 2I o
8.4.2 零电流关断脉冲频率调制(ZCSPFM)变换器工作原理
主电路组成
工作原理
控制T1的开通，形成LrCr谐振使 iL过零反向，在此期间撤除T1的驱动信号使其零电流关断。无辅助开关T2，与图8.6(a)相比则无开关状态3。
零开关技术可消除开通关断损耗，是电力电子变换器高频化最理想的技术。
8.1 硬开关、LC缓冲软开关和LC谐振零开关基本特性
LC谐振实现开关器件零电压开通和零电流关断
t1时引发Lr、Cr谐振，t2时vT 谐振至零，在t3时驱动
T实现零电压开通。 t6时引发Lr、Cr谐振， t7时iT谐振至零，在t8时切除驱动信号实现零电流关断。
开关状态5：t8<t<t10
t＝t9时，开通T2，此时iL=I0不变T1已是通态， vL＝vT2＝0，T2是零电压开通。 t=t10时，关断T1（相当于t0时软关断T1）完成一个开关周期Ts。
8.3.1 零电压开通脉冲宽度调制(ZVSPWM)变换器工作原理
在fs＝1/Ts固定时，控制T2的关断时刻t2，即可改变Toff，从而改变占空比，调控输出电压。零电压开通脉冲宽度调制（ZVS PWM）变换器，可实现主开关T1和辅助开关T2 零电压开通和软关断。
(8-13)
由（8-11）和（8-13） L (0.1 ~ 0.05)T V 2I r s D o min 可确定Lr、Cr： Cr (0.1 ~ 0.05)Ts I o min 2VD

lc串联谐振原理

lc串联谐振原理
lc串联谐振原理是一种电子学原理，它涉及到一种用于电子信号处理
的线路构造。

它比较常见的应用是在电路中用来进行滤波频率的控制。

下面，我们来详细介绍lc串联谐振原理。

1. 什么是lc串联谐振原理
lc串联谐振原理是最基本而重要的一种电子学原理。

它涉及电路中连
接一个电感（L）和一个电容（C）的构造，当两者共同参与电路传输时，就会形成一种谐振状态。

2. lc串联谐振系统的特点
由L和C构成的lc串联谐振系统具有几个显著的特点，其中最重要的是：当L和C的共同参与电路传输时，就会形成一种谐振状态，L和C
的存在使得电路的频率获得了特定的控制，从而使得滤波器也就获得
了特定的控制功能。

此外，lc串联谐振系统还具有高灵敏性，调节灵
活性强，能够保持较高的输入输出线性度等优良特性。

3. lc串联谐振原理的应用
Lc串联谐振原理在电子信号处理中，最常见的应用就是滤波器，在滤
波器中，由lc串联谐振系统构成的滤波器能够过滤掉电路中的干扰信号，有效的提高了电子信号的精度。

此外，lc串联谐振原理还可以用
于其他电子电路的应用，比如变频器、放大器等，都可以利用它的特
性及功能来构造相关的电路结构。

综上所述，lc串联谐振原理是一种电子学原理，它涉及到一种用于电
子信号处理的线路构造，具有高灵敏性，调节灵活性强，能够保持较
高的输入输出线性度等优良特性，它比较常见的应用是在电路中用来
进行滤波频率的控制，还可以用于其他电子电路的应用，比如变频器、放大器等。

常用lc谐振电路

常用lc谐振电路常用LC谐振电路是一种基本的电路结构，由电感和电容组成。

它在电子领域中广泛应用于信号处理、滤波、放大等电路中。

本文将介绍LC谐振电路的基本原理、特点及应用。

一、LC谐振电路的基本原理LC谐振电路是由电感和电容组成的串联电路。

它的基本原理是利用电感和电容的特性，在特定频率下形成谐振。

具体来说，当电感和电容的阻抗相等时，电路达到谐振状态。

在LC谐振电路中，电感L和电容C形成一个振荡回路。

当电压作用在LC谐振电路上时，电容会储存电量，而电感会储存磁能。

在谐振频率下，电容和电感之间的能量会不断转化，形成振荡电流。

这种振荡电流可以在电路中传递和放大。

二、LC谐振电路的特点1. 高品质因数：LC谐振电路具有高品质因数的特点，品质因数是衡量振荡器稳定性的重要指标。

LC谐振电路的高品质因数使其在高频率下具有较好的谐振特性。

2. 窄带通滤波器：LC谐振电路可以用作窄带通滤波器，通过调整电感和电容的数值，可以选择特定的频率进行滤波。

这在通信系统中特别有用，可以去除杂散信号，提取所需信号。

3. 频率选择性：LC谐振电路具有频率选择性，只有在谐振频率附近的信号才能被放大。

这使得LC谐振电路可以用作放大器，选取特定频率的信号进行放大。

4. 相位变化：LC谐振电路在谐振频率附近，电压和电流的相位差为0，即电压和电流同相。

而在谐振频率之外，电压和电流的相位差为90度。

这种相位变化可以用于相位补偿和相位调整。

三、LC谐振电路的应用1. 振荡器：LC谐振电路可以用作振荡器，产生稳定的正弦波信号。

在无线通信中，振荡器是射频信号的重要源头。

2. 滤波器：LC谐振电路可以用作窄带通滤波器，选择特定频率的信号进行滤波。

在音频和射频信号处理中，滤波器是不可或缺的部分。

3. 放大器：在特定频率附近，LC谐振电路具有较大的增益，可以用作放大器。

在无线通信和音频放大中，放大器起到放大信号的作用。

4. 相位补偿器：由于LC谐振电路具有相位变化的特点，在某些电路中可以用作相位补偿器，调整信号的相位。

LC串联谐振电路重要特性

LC串联谐振电路重要特性发布时间:2011-9-15 9:32:10 访问次数:3888LC串联谐振电路是LC谐振电路中的另一种谐振电路。

图4-59所示是LC串联谐振电路。

电路中的Rl是线圈Ll的直流电阻，也是这一LC串联谐振电路的阻尼电阻，电阻器是一个耗能元件，它在这里要消耗谐振信号的能量。

Ll与Cl串联后再与信号源Us相并联，这里的信号源是一个恒压源。

W04MB0在LC串联谐振电路中，电阻Rl的阻值越小，对谐振信号的能量消耗越小，谐振电路的品质也越好，电路的Q值也越高；当电路中的电感Ll越大，存储的磁能越多，在电路损耗一定时谐振电路的品质也越好，电路的Q值也越高。

电路中，信号源与LC串联谐振电路之间不存在能量间的相互转换，只是电容Cl和电感Ll之间存在电能和磁能之间的相互转换。

外加的输入信号只是补充由于电阻Rl消耗电能而损耗的信号能量。

LC串联谐振电路的谐振频率计算公式与并联谐振电路一样。

1．LC串联电路阻抗特性图4-60所示是LC串联谐振电路阻抗特性曲线。

阻抗特性分析要将输入信号频率分成多种情况进行。

(1)输入信号频率等于谐振频率fo。

当输入信号频率等于LC串联谐振电路的谐振频率fo时，电路发生串联谐振，串联谐振时电路的阻抗最小且为纯阻性（不为容性也不为感性），如图4-61所示，其值为R1（纯阻性）。

当信导频率偏离LC谐振电路的谐振频率时，电路的阻抗要增大，且频率偏离的量越大，电路的阻抗就越大，这一点恰好是与LC并联谐振电路相反的。

要记住：串联谐振时电路的阻抗最小。

(2)输入信号频率高于谐振频率fo。

当输入信号频率高于谐振频率时，LC串联谐振电路为感性，相当于一个电感（电感量大小不等于L1），如图4-62所示。

这一点可以这样理解：在Ll和Cl串联电路中，当信号频率高于谐振频率之后，由于频率升高，Cl的容抗减小，而Ll的感抗却增大，在串联电路中起主要作用的是阻抗大的一个元件，’这样Ll起主要作用，因此在输入信号频率高于谐振频率之后，LC串联谐振电路等效于一个电感。

LC谐振回路的特性分析

lc电路在调谐放大器和lc振荡电路等很多电子电路中具有十分重要的作用,是不可缺少的组成部分,它的性能好坏直接关系到电子设备的质量。

为了描述lc回路的性能,引人了一个重要概念即品质固数。

但一些教材和资料对各种品质固数没有严格区分,容易使学生产生误解。

现对这个问题,进行探讨和分析1、元件的品质因数lc回路的组成元件是电感l和电容c,虽然它们都是电抗性元件,但实际上都不是理想电感和理想电容,都存在损耗。

电感线圈一般由铜线绕制而成,有的还采用磁芯,固此都有损耗。

实际电感可以看作由电感l及损耗电阻rl串联而成,如图a所示。

但我们需要的毕竟是它的电抗性,即它的感抗ωl必须远大于损耗电阻rl。

为此引入品质固数ql来描述它的电抗性:ql=ωl/rl一个电感线圈的ql值越高,就越接近于理想电感。

通常,实用电感线圈的ql值可达50～200。

同样,实际电容也存在损耗和泄漏,忽略漏电阻,它可看作电容c及损耗电阻rl串联而成,如图b,也可用品质因数qc来衡量实际电容的容抗性:qc=1/ωcrl。

一般电容的损耗电阻至少比电感的损耗电阻小一个数量级,所以lc回路中,实际电容常被看作无损耗的理想电容,如图c。

当图中实际电感和电容有电流i流过时,电感中的无功功率ql=i2ωl,电容中的无功功率ql=i2/ωc,损耗电阻rl和rl上的有功功率prl和prc分别为:prl=i2rl,prc=i2rc。

简单分析可得出,ql和qc即是实际电感和电容上无功功率和有功功率的比值,这就是其实质含义。

元件的品质因数愈大,则损耗功率相对愈小,所构成的lc回路谐振特性愈好。

2、谐振回路的品质因数定义了元件的品质因数,可仿此法定义lc谐振回路的品质因数。

固为lc回路在电子电路中大都工作在谐振状态,所以为了描述谐振特性,在谐振频率ω。

处定义谐振回路的品质因数为无功功率和有功功率之比。

谐振回路可分为串联谐振回路和并联谐振回路。

实际电感、电容和激励源相串联,电路称为串联谐振回路,如图2(a)。

LC并联谐振回路的特性

Vom V'om 根据变换前后功率等效原理： 2R L 2R L '
V 1 R R L Vom p
' L ' om 2 2
2
2
可得
(p<1)
(3) 双电容抽头耦合电路
（b）Rs部分接入并联回路
Vim V'im 根据变换前后功率等效原理： 2Rs 2Rs '
VC X
回路总电阻
VC 2.5V VC ||C X 5V 0 L 2f 0 L
R'
1 Q' Q 2
Q'
VC||C X V
Q'

Q'
R' 2 R R X R 15 . 9
1 5 109 Z RX 15.9 j j C X
(I L I RL )
2
2
定义接入系数（抽头系数）p为：与外电路相连的那部分电抗和本回路参数分压的同性质总电抗之比 p L2 Vom ' L L V R 1 2 om ' L R 可得 L 2
p
(2) 双电感抽头耦合电路
（b）Rs部分接入并联回路
根据变换前后功率等效原理：
' s ' im 2
结论: 采用部分接入法，电源及负载对回路有载品质因数影响明显减小。
例4：如图一所示电路中， L 0.8H, C1 C 2 20pF, R S 20k,
R L 5k， CS 10 ， pF 回路的空载品质因素Q0 100 . ，试求回路
的谐振频率 f 0 ，谐振电阻
谐振电阻

lc串联谐振回路特点

lc串联谐振回路特点LC串联谐振回路是由一个电感和一个电容组成的串联电路。

在特定频率下，该电路表现出谐振的现象，即电压和电流处于最大值。

LC串联谐振回路的特点如下：1.平衡特性：在谐振频率下，电感和电容产生的反应互相抵消，导致电路中的电压和电流相互平衡。

这种平衡特性使得回路中的电压和电流达到最大值，功率损耗最小。

2.高频选择特性：LC串联谐振回路在特定频率下呈现出非常高的选择能力。

只有当信号频率等于回路的谐振频率时，电路才会出现共振现象，而其他频率的信号则受到抑制。

这使得LC串联谐振回路在频率选择电路、滤波器等应用中非常有用。

3.大振幅特性：在谐振频率下，LC串联谐振回路的电压和电流达到峰值。

这是由于电感和电容之间的相互作用造成的。

在没有能量损耗的理想情况下，电路中的能量会周期性地在电感和电容之间转移，导致电压和电流的周期性变化。

这使得LC串联谐振回路在无线电通信和放大器等应用中能够提供更大的输出信号。

4.频率调谐特性：通过改变电感或电容的值，可以调整LC串联谐振回路的谐振频率。

这使得回路可以适应不同频率的信号输入。

从而提高了电路的适应性和灵活性。

5.功率转换特性：LC串联谐振回路将电能转换为磁能和电能的交替转换。

当电容器充电时，电源向电容器传输能量，当电容器放电时，电源从电容器接收能量。

这种能量转换特性使得LC串联谐振回路在电源和负载之间实现有效的能量传输。

6.阻抗变化特性：LC串联谐振回路在谐振频率的上下有阻抗变化的趋势。

在谐振频率之前，电容的电抗值较大，电感的电抗值较小，回路呈电容性质。

而在谐振频率之后，电感的电抗值较大，电容的电抗值较小，回路呈电感性质。

这种阻抗变化特性使得LC串联谐振回路在频率选择和滤波应用中非常有用。

总之，LC串联谐振回路具有平衡特性、高频选择特性、大振幅特性、频率调谐特性、功率转换特性和阻抗变化特性等特点。

这些特点使得LC串联谐振回路在无线通信、滤波器、放大器等各种电路应用中非常重要。

总结归纳谐振电路

总结归纳谐振电路谐振电路是电路中常见的一种特殊形式，它具有在特定频率下产生最大电流或电压振幅的能力。

谐振电路被广泛应用于无线电和通信技术、音频放大器等领域。

在本文中，我们将总结归纳谐振电路的基本原理、特性以及常见的谐振电路类型。

一、谐振电路的基本原理谐振电路的基本原理是基于电感和电容两个元件的互相作用。

电感是由线圈或线圈组成的电器元件，它的主要作用是存储电能，并产生阻碍电流改变的作用。

电容是一种能够存储电荷的元件，它的主要作用是通过存储和释放电荷来调节电压和电流。

在谐振电路中，通过调节电感和电容的数值，可以使得电路在特定的频率下产生谐振现象。

当谐振电路处于谐振频率时，电感和电容之间的能量转换达到最大，电路中的电流和电压振幅也达到最大值。

二、谐振电路的特性1. 频率选择性：谐振电路对不同频率的输入信号具有不同的响应。

在谐振频率附近，电路对输入信号具有最大的响应，而在其他频率下的响应较小。

2. 相位特性：谐振电路对输入信号的相位有一定的影响。

在谐振频率附近，电路的相位延迟较小，而在其他频率下的相位延迟较大。

3. 幅频特性：谐振电路在不同频率下的幅度响应也是一个重要的特性。

在谐振频率附近，电路对输入信号的幅度响应最大，而在其他频率下的响应较小。

三、常见的谐振电路类型1. LC谐振电路：LC谐振电路是由电感和电容构成的谐振电路。

它可以分为串联LC谐振电路和并联LC谐振电路两种。

串联LC谐振电路的共振频率由电感和电容值决定，而并联LC谐振电路的共振频率则由电感和电容的倒数决定。

2. RLC谐振电路：RLC谐振电路是由电阻、电感和电容三个元件构成的谐振电路。

它可以分为串联RLC谐振电路和并联RLC谐振电路两种。

RLC谐振电路相比LC谐振电路更加复杂，但在实际应用中更为常见。

3. 单调谐振电路：单调谐振电路是指谐振电路在特定频率下只有一个峰值的电路。

它可以通过调节电感和电容的数值来实现频率的选择。

总结：谐振电路是一种特殊的电路形式，可以在特定的频率下产生最大的电流或电压振幅。

LC谐振回路的特性分析

LC谐振回路的特性分析首先，我们来分析LC谐振回路的基本原理。

当电路中的电感和电容符合一些特定的频率时，电感和电容之间会产生共振，电压和电流幅值会达到最大值。

这个特定的频率称为谐振频率，用f0表示，计算公式为：f0=1/(2π√LC)谐振频率有几个关键特征。

首先，当电感或电容的数值增大时，谐振频率会减小；反之，当电感或电容的数值减小时，谐振频率会增大。

其次，谐振频率与电感和电容之间的工作方式也有关系。

当电容为串联时，谐振频率会增加；当电感为串联时，谐振频率会减小。

除了谐振频率外，LC谐振回路还有一个重要的特性是谐振电阻。

谐振电阻表示在谐振频率下，回路的等效电阻值。

在理论上，谐振电阻为零，因为基本上没有能量损耗。

然而，在实际电路中，存在导线电阻和元件内部的电阻，会导致电路的谐振电阻不为零。

谐振电阻对LC谐振回路的性能具有重要影响。

谐振电阻越小，回路的Q值（品质因数）越高。

Q值是LC谐振回路的一个重要参数，它表示能量在谐振回路内部的损耗和储存情况。

Q值与谐振电阻之间的关系为：Q=ωL/R=1/R√(LC)其中，ω为角频率，R为谐振电阻。

高Q值的LC谐振回路具有狭窄的带宽，即在谐振频率附近才能实现良好的振荡；而低Q值的LC谐振回路具有宽带宽，意味着在更广泛的频率范围内都能实现振荡。

除了上述特性外，LC谐振回路还有一些其他的重要性能。

首先是相位关系。

在谐振频率附近，电压和电流的相位基本上是相位差90度（对于串联谐振回路）或相位差-90度（对于并联谐振回路）。

这个相位差是由电感和电容之间的相位差导致的。

其次是频率选择性。

LC谐振回路具有良好的频率选择性，即回路对谐振频率附近的信号具有放大作用，而对其他频率的信号具有抑制作用。

这使得LC谐振回路具有滤波的功能，可以用于选择性放大或抑制特定频率的信号。

最后，LC谐振回路还具有共振增益的特性。

在谐振频率附近，电流和电压的幅值会达到最大值。

这可以使得LC谐振回路在特定频率的输入信号上具有放大作用，即增强信号的幅值。

LC谐振回路的选频特性和阻抗变换特性学习笔记

BW0.1 f4 f3
102 1 f0 Q0
(1.1.24)
所以
K0.1
BW0.1 BW0.7
102 1 9.95
(1.1.25)
由上式可知，一个单谐振回路的矩形系数是一个定
值，与其回路Ｑ值和谐振频率无关，且这个数值较大，
接近１０，说明单谐振回路的幅频特性不大理想。
1.1.2 阻抗变换电路
=0
0
1 LC
f0
2
1 LC
返回
iS RS
+ ui C
-
Reo
L
C
L
RS uS
ii
R
4 品质因数
物理意义：谐振条件下，回路储存能量与消耗能量之比
Q0
oC
geo
o CReo
Qo
=
oL R
（请注意：R 与 Reo 的关系）
Reo
L CR
返回
5 回路阻抗频率特性
iS
RS
C
L
R
C
L
返回
RS
uS
R
RL
1
C1 C1 C2
2
RL
1 n2
RL
(1.1.30)
其中ｎ是接入系数，在这里总是小于１。如果把RL折合到回路
中1、2两端，则等效电阻为
RL''
C2 C1
2 RL
(1.1.31)
接入系数的概念接入系数表示接入部分所占的比例。对于自耦变压器接入方式，接入系数n
n N2 N1
表示全部线圈N1中，N2所占的比例。 n<1，调节n可改变折算电阻 RL’ 的数值。 n
R1

llc谐振电路的工作状态_概述及解释说明

llc谐振电路的工作状态概述及解释说明1. 引言1.1 概述在现代电子科技领域中，LLC谐振电路作为一种重要的电力转换器拓扑结构，被广泛应用于各种高效能的DC/DC和AC/DC变换系统中。

LLC谐振电路具有高转换效率、低开关频率和宽输入输出变化范围等优点，在节能环保、减少功耗方面发挥着重要作用。

1.2 文章结构本文主要围绕LLC谐振电路的工作状态进行深入探讨。

首先，将介绍文章的目的和整体结构。

然后，详细解释LLC谐振电路的工作原理和基本原理，包括其核心组件和调节策略等方面内容。

接下来，我们将研究LLC谐振电路的工作模式及其特点，并分析其在实际应用中所起到的作用。

最后，通过实例分析探讨LLC谐振电路在实际应用中的效果及优化方法。

1.3 目的本文旨在通过对LLC谐振电路工作状态的全面概述和详尽解释说明，使读者对该谐振电路有深刻的理解，并能够理解其在实际应用中的作用和影响。

同时，通过分析实例，提供LLC谐振电路在应用过程中的优化方法，以期能为相关领域的研究者和工程师提供参考和借鉴。

2. 正文在llc谐振电路中，正常工作的状态是至关重要的。

本节将详细探讨llc谐振电路的工作状态及其相关因素。

首先，llc谐振电路是一种主动电路，由LLC变换器和LC滤波器组成。

它具有高效、低噪音等特点，在多个领域得到广泛应用，如电源系统、无线充电、逆变器等。

在正常工作状态下，llc谐振电路必须满足以下几个条件：1. 输入与输出功率匹配：llc谐振电路是通过变压器实现能量转移的。

输入功率需要与输出功率匹配，以确保系统的整体效率。

2. 谐振频率控制：llc谐振电路通过调整谐振频率来实现高效能量传输。

在正常工作状态下，需要确保谐振频率稳定，并且与其他系统组件协调一致。

3. 转换损耗最小化：llc谐振电路的设计目标之一是降低能量转换过程中的损耗。

因此，在正常工作状态下，需要尽可能减小导通和开关损耗，并优化转换效率。

4. 稳定的输出电压：llc谐振电路的输出电压必须稳定，以满足实际应用对电力系统的要求。

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与传统PWM（脉宽调节）变换器不同，LLC是一种通过控制开关频率（频率调节）来实现输出电压恒定的谐振电路。

学习并理解LLC，我们必须首先弄清楚以下两个基本问题： 1.什么是软开关；2.LLC 电路是如何实现软开关的。

由于普通的拓扑电路的开关管是硬开关的，在导通和关断时MOS管的Vds电压和电流会产生交叠，电压与电流交叠的区域即MOS管的导通损耗和关断损耗。

如图所示：为了降低开关管的开关损耗，提高电源的效率，有零电压开关(ZVS) 和零电流开关（ZCS)两种软开关办法。

1.零电压开关 (ZVS)：开关管的电压在导通前降到零，在关断时保持为零。

2.零电流开关（ZCS)：使开关管的电流在导通时保持在零，在关断前使电流降到零。

由于开关损耗与流过开关管的电流和开关管上的电压的成绩（V*I）有关，当采用零电压ZVS导通时，开关管上的电压几乎为零，所以导通损耗非常低。

● Vin为直流母线电压，S1，S2为主开关MOS管（其中Sc1和Sc2分别为MOS管S1和S2的结电容，并联在Vds上的二极管分别为MOS管S1和S2的体二极管），一起受控产生方波电压；● 谐振电容Cr 、谐振电杆Lr 、励磁电杆Lm一起构成谐振网络；● np，ns为理想变压器原副边线圈；● 二极管D1, 二极管D2，输出电容Co一起构成输出整流滤波网络。

那么LLC电路是怎么实现软开关的呢？要实现零电压开关，开关管的电流必须滞后于电压，使谐振槽路工作在感性状态。

LLC 开关管在导通前，电流先从开关MOS管的体二极管（S到D）内流过，开关MOS管D-S之间电压被箝位在接近0V（二极管压降），此时让开关MOS管导通，可以实现零电压导通；在关断前，由于D-S 间的电容电压为0V而且不能突变，因此也近似于零电压关断（实际也为硬关断）。

数字电桥测量LC谐振特性

数字电桥测量LC谐振特性李潮锐【摘要】了解LC电路的谐振特性是核磁共振激发或检测实验的关键,为此介绍了在使用数字电桥测量LC电路的幅频和相频特性中,既要了解交流毫伏表的测量局限性,又需理解电压与电流之间相位差的物理含意及其重要性.同时,基于物理原理和数学描述,理解直接测量和间接测量或显示量之间关系,而最终实验显示结果可能是由复杂的数据处理分析所得.实验结果表明:LC并联谐振可实现电流放大功能,更适合于核磁共振激发;LC串联谐振具有电压放大作用,有利于核磁共振检测.本工作拓展了LC谐振特性的实验测量方法,帮助了学生认识到最终实验显示结果可能并非直接测量原始数据.【期刊名称】《物理实验》【年(卷),期】2017(037)012【总页数】4页(P21-24)【关键词】LC电路;谐振特性;数字电桥;核磁共振【作者】李潮锐【作者单位】中山大学物理学院,广东广州510275【正文语种】中文【中图分类】O441核磁共振物理原理是在满足能量守恒和角动量守恒条件下，外磁场中原子核自旋精细能级之间对激发光子产生共振吸收而使处于基态粒子跃迁至激发态. 不管是连续波和(或)脉冲核磁共振观测[1-2]，还是核磁共振弛豫定量分析及其成像技术应用[3-4]，在核磁共振测量技术上还需要通过频率匹配的LC谐振电路才可更有效灵敏地检测(接收)核磁共振信号. 目前，国内高校连续波核磁共振实验普遍采用的边限振荡技术[5]中，LC谐振电路则兼备了接收和激发2种功能. 尽管基础物理实验或电子技术实验课程的“RLC电路谐振特性实验”有助于理解核磁共振实验技术原理，但是该实验通常仅仅关注谐振电路的幅频特性[6-7]. 在核磁共振弛豫测量及成像分析等定量研究中，接收(或激发)LC谐振电路的幅频和相频特性都是重要的技术参量，且直接关系到核磁共振实验测量灵敏度和准确性.事实上，不存在纯L,C和(交流)R元件，只有由它们组合而成的交流阻抗材料，而交流信号相位测量技术(方法)及物理含意也是理解RLC电路特性的关键点. 由于在“RLC电路谐振特性实验”中所采用实验技术的限制，教学内容通常仅仅关注幅频分析而忽略了相频测量. 当借助“RLC电路谐振特性实验”内容帮助学生理解核磁共振测量技术时，LC谐振电路的相频特性是无法回避的. LCR表和阻抗分析仪是阻抗测量的常用设备，它们都是通过对被测对象(负载)施加交流激励并获取负载的响应参量. 在引导学生理解实验原理的基础上，本工作使用LCR表测量分析LC 谐振特性，且适当选择L和C使电路谐振处于仪器量程范围之内.针对不同频段，阻抗测量有电桥法、共振法、I-V法、网路分析法和自动平衡电桥法[8]. 尽管数字电桥已不再使用交流电桥技术[8-9]，但是仍沿用交流电桥名称[9]. 目前低频数字电桥普遍采用I-V法，即测量负载交流电流和电压幅值以及它们之间的相位差等3个基本参量，再通过数据处理可以得到一系列表征被测对象(材料)的物理特性参量.若负载交流电流和电压分别为I和V，且V相对于I的相位差为θ(逆时针为正，顺时针为负)，则其复阻抗Z可表示为其中，|Z|为复阻抗Z的模. 复阻抗Z的实部R和虚部X为分别称为电阻和电抗. 电抗还可分为感抗和容抗，分别表示L和C对交流电的阻碍作用.若用复导纳Y表示，则此时θ为Ι相对于V的相位差(逆时针为正，顺时针为负)，|Y|为复导纳Y的模. 复导纳Y的实部G和虚部B为分别称为电导和电纳.由式(1)和式(3)得知，复阻抗Z与复导纳Y互为倒数，它们都由负载的3个最基本参量交流电流I、电压V及其相位差θ所确定.基于I-V法的数字电桥除了测量负载交流电压，还通过与负载串联的(等效)取样电阻压降得到负载交流电流，且由相敏检波器获得电压与电流的相位差[9]. 当使用4端子法测量交流阻抗时，(等效)取样电阻处于电流低电位端子(浮地)与地(电位)之间. 从实验技术原理角度，使用I-V法的数字电桥测量LC参量的实质就是RLC电路实验测量，数字电桥内部也提供了激励所需的交流源信号.使用同惠TH2826 LCR表进行实验测量，且通过USB接口由计算机控制实施对数频率扫描并采集测量数据. 选择Ls=33.04 mH，Cp=7.19 nF元件，TH2826源信号Vpp=1.0 V. 由上述分析可知，尽管技术原理上数字电桥直接测量I,V和θ参量，但是实际测量中它所提供的|Z|和θ数据已充分满足获取其他物理特性参量的需要. 为帮助学生加深对测量技术原理的理解，实验原始参量是|Z|和θ且由此得到复导纳(如果需要)及各自对应的实部和虚部. 必要时，TH2826选用其他测量模式以确认式(2)～(4)数据分析结果与仪器“直接”测量所得是一致的.感抗与容抗互为反相，且两者都与电阻相位正交. 当LC串联谐振时，电路感抗和容抗的绝对值相等. 由于电流同向，感抗和容抗压降反相等值，串联LC两端交流压降趋于零. 此时交流源输出电压(几乎)全部加载在(等效)取样电阻上，因而该电阻两端压降或电流达到最大值. 在“RLC电路谐振特性实验”中，使用交流毫伏表测量R两端电压达到峰值. 尽管数字电桥没有直接提供电流测量数据输出，但是根据式(3)可知串联LC两端导纳反映了相同的物理过程.图1为串联LC两端导纳的幅频和相频特性. 由图1可见，串联谐振时导纳幅值(模)达到最大，且电流与电压同相. 一旦偏离谐振，电路感抗和容抗不等值，LC两端电抗相位随之发生反相变化. 从谐振低频端到高频端，串联LC电路电纳从容纳向感纳转变. 图2是基于图1实验数据分析所得的导纳实部和虚部参量，分别描述了LC两端电导和电纳的频率特性. 它们与通过数字电桥G-B模式测量所得结果一致，说明式(4)数据处理分析方法是正确的.尽管LC串联谐振时两端电压趋于零，但是L或C各自压降是源电压Q倍(Q为品质因子). 通常Q值大于1，从而谐振时L或C两端电压可实现对源信号电压放大功能. 在核磁共振实验中，利用LC串联谐振电压放大这一特点以提高共振信号检测灵敏度.当LC并联谐振时，电路感抗和容抗的绝对值相等. 由于感抗和容抗压降为相同确定值，必然要求并联电路中L和C电流反相. 此时(等效)取样电阻上交流电流为极小值，交流源输出电压(几乎)全部加载在LC并联电路两端. 根据式(1)可知，图3为LC并联时两端阻抗的幅频和相频特性. 由图可见，LC并联谐振时两端阻抗幅值(模)为极大值，且电压与电流同相. 一旦偏离谐振，电路感抗和容抗不等值，LC两端电抗相位随之发生反相变化. 从谐振低频端到高频端，并联LC电路电抗从容抗向感抗转变. 图4是基于图3实验数据分析所得的阻抗实部和虚部参量，分别描述了并联LC两端电阻和电抗的频率特性. 它们与通过数字电桥R-X模式测量所得结果一致，说明式(2)数据处理分析方法是正确的.尽管LC并联谐振时外部电流趋于零，但L或C互为反向电流却达到最大值，从而可实现对源信号电流放大作用. 在核磁共振实验中，利用LC并联谐振电流放大这一特点提高核磁共振激发效果.RLC电路谐振特性测量是电子技术实验课程和基础物理实验课程的教学内容. 由于核磁共振实验技术原理的教学需要，利用现有LCR表对LC电路谐振的幅频和相频特性进行测量分析. 通过测量技术对比，使学生明白使用交流毫伏表方法的局限性，并认识到负载电压与电流之间相位差的物理含意及其重要性. 既是对RLC谐振特性常用实验方法的回顾，更是实验技术拓展的教学例子. 上述实验结果及分析可帮助学生加深对RLC谐振过程电流和电压特点的理解.通常，数字电桥的技术指标中列出近20对可测量参量. 通过上述测量分析，使学生明白采用I-V法的数字电桥直接测量参量只是I，V及它们之间的相位差θ，进而由最基本参量|Z|和θ可得到仪器技术指标中所有其他物理参量. 同时，使学生认识到即使是简单仪器的显示量也可能不是直接测量值，而物理原理和数学描述是它们之间的桥梁. 不管LC电路串联还是并联，上述实验结果都可以基于基本参量|Z|和θ数据处理所得. 实验中，数字电桥选用其他参量测量模式主要是为了确认式(1)～(4)数据处理方法的正确性. 这一过程帮助学生理解直接测量与间接测量或最终显示值之间关系，特别是大型复杂专用设备，最终实验结果往往需要经过复杂的数据处理分析才得到，并非实验直接测量值.通过数字电桥测量LC谐振特性的实验结果帮助学生理解核磁共振实验巧妙的技术方法. 物理理论原理上，核磁共振是满足能量守恒和角动量守恒条件下原子核自旋精细能级对激发光子产生共振吸收；实验技术原理上，通过频率匹配的LC谐振电路才可更有效灵敏地激发并检测(接收)核磁共振信号. 上述实验结果表明：LC并联谐振可实现电流放大功能，更适合于核磁共振激发；LC串联谐振具有电压放大作用，有利于核磁共振检测.每门实验课程安排了若干独立的实验项目和教学内容，然而关注项目之间的物理原理或实验技术关联是提高教学质量的有效方法. 本工作源于核磁共振实验教学需要，利用数字电桥测量分析LC谐振频率特性. 实验数据分析过程表明：LC电路幅频和相频测量的本质是变频交流阻抗测量.【相关文献】[1] 岳慧，周辉，魏德祥，等. 开设核磁共振实验的探讨[J]. 物理实验，2001,21(1)：6-10,13.[2] 廖红波，张仲秋，王海燕. 样品弛豫时间对核磁共振信号的影响研究[J]. 大学物理，2010,29(7)：28-31,39.[3] 李潮锐. 自旋回波的简易观测方法及共振弛豫分析[J]. 物理实验，2006,26(4)：3-5,8.[4] 张洁天, 让庆澜. 核磁共振成像一维空间编码教学实验[J]. 物理实验，2006,26(10)：3-8,13.[5] 汪柏年，石琳琳. 从核磁共振仪到电子自旋共振实验仪的改装[J]. 物理实验，2014,34(2)：21-24.[6] 陆申龙，曹正东. RLC串联谐振教学实验的研究[J]. 物理实验，1996，16(3):109-111.[7] 程亚洲，徐建强，咸夫正,等. RLC串联谐振电路实验的相关问题探索[J]. 物理实验，2017，37(6):32-33,42.[8] Keysight. A guide to measurement technology and techniques [Z]. Impedance Measurement Handbook-Application Note(6th Edition). USA: Keysight, 2016.[9] 杜晓波，孙昕，韩炜，等. 用数字电桥测量介电材料与软磁材料的特性[J]. 物理实验，2017，37(2):7-9.。

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