諧振變流技術的發展與應用

【摘 要】諧振變流技術在電力系統的運行和發展中起到至關重要的作用，不同的諧振變流技術的特點以及產生的條件之間都存在著明顯的差異。為了對諧振變流技術進行研究和探討，主要通過不斷對電路的結構和特征進行轉變，對其應用狀況加強了解，進而明確諧振變流技術的發展方向。

【關鍵詞】諧振；變流技術；發展；應用

對于電路來說，開關變換的技術可以分成兩種情況，其中諧振變流技術是其中的一種。另外一種是脈寬調制技術，這種技術的應用主要是以中斷功率流的方式來進行，對功率的標準值進行控制，形成的電流和電壓情況是脈動的。這種技術的應用歷史相對比較早，以美國為代表，另外，脈寬調制技術的應用日益成熟化，主要的運行范圍在20-50kHz，因為之一范圍的重量、效率和可靠性等因素都能夠達到標準，實現質量最優。但是，在實際的工作中逐漸曝露出諸多的問題，其中包括電量損耗大，高頻用電高峰元器件損壞的程度相對較大，出現的干擾程度也在不斷加強。但是諧振技術會對這一問題進行緩解，形成標準的電壓電流，降低開關的應力。可見，諧振技術的應用尤其必然性。

1.諧振變換電路的結構及特征

所謂的諧振變換電路就是在電力的開關上增加相應的電感和元件，另一方面可以利用電路寄生電容來形成L諧振電路。這種情況可以使得相關的器件隨意進行狀態的轉變，進而實現開關變換的高效性。

1.1負載諧振變換電路

負載諧振變換電路的具體情況如圖1所示，諧振作用下的電壓和電流可以在負載上得以體現，其中連接的形式也可以分成串聯和并聯諧振變化器等多種形式，其中恒流和恒壓源的特點也被淋漓盡致地體現出來。

1.2準諧振變換電路

準諧振變換電路的基礎就是開關變化器，在這一基礎上加入的諧振電感和電容兩個因素。因此，從本質上來看，主要是脈寬調制型和傳統的諧振型相融合的一種形式，其優點明顯易見，不僅可以完善電路的相關電壓和電流，還能降低開關的損耗量。

需要注意的是，準諧振變換電路的連接形式主要分成兩種，其中包括零電流開關式和零電壓開關式兩種。

1.2.1零電流準諧振變換電路

在具體的情況下，諧振電容和二極管形成并聯的結構，其中諧振電感和由于開關形成串聯。如果有源開關能夠允許電流單相流通，這時諧振變換電路處于半波模式，如果選擇的是雙向流通，則工作模式處于全波模式。但是需要注意的是，在實際的工作中，需要將功率控制在一定的范圍內，但是缺點也相對比較明顯，其中包括開關開通的損耗量，要對開關兩端的電壓控制在一定的范圍內。進而減少能耗量。對于準諧振開關來說，主要的兩種形式見圖2。

1.2.2零電壓準諧振變換電路

電路的模式主要是諧振電容和開關之間形成的是并聯的形式，而諧振電感和二極管之間要擦用串聯的方式。和準諧振開關的形式相同，根據電壓電流的雙向和單向的區別來實現全波和半波的模式。在這一過程中主要采用的技術是導通技術，其中損耗問題不得不受到技術人員的高度關注，提升開關的工作頻率，使得電容處于一個相對比較穩定的狀態是最終的目標。但是，零電壓準諧振變換電路之間存在的主要特點就是S上的電壓應力和負載變化范圍成正比，因此可以根據電壓值來對負載變化的范圍進行調節。另外，如果寄生電容的諧振電感出現震蕩的現象會產生較高的損耗量，直接影響電路運行的效率。如果電力系統的運行環境不穩定就會產生嚴重的后果。

1.3多諧振變換電路

有源開關和無源開關的運行狀態對于寄生參數也會產生較大的影響，自從美國提出多諧振變換電路概念之后，工作人員對這一問題的重視程度不斷增加。

1.3.1零電流多諧振變換電路

這種電路形式的二極管和諧振的電容形成并聯，這種方式是多諧振變換電路的重要構成部分。

1.3.2零電壓多諧振變換電路

這種結構可以通過圖3來具體體現，其中零電流和電壓的的運行關系較為密切。

多諧振網絡的獨特結構吸收和利用了變換電路中所有開關器件的寄生電容和電路中的寄生電感，使有源開關和無源開關均具有良好的開關條件。與QRC相比，它降低了開關器件承受的電壓電流應力，增大了工作負載的范圍，減小了開關頻率的調節范圍。

1.4諧振環變換電路

諧振環可分為兩大類：諧振交流環和諧振直流環。它們都可以有串聯和并聯兩種形式。由于RACL所用開關器件數比BDCL多一倍，故RACL在實際中很少采用。它是在普通PWM型DC/AC逆變器的輸人直流電壓與逆變器中間插入一個L諧振環節，使輸入到逆變橋的電壓由大小不變的直流電壓轉變成周期振蕩電壓，以實現逆變器中開關器件的零電壓開關。逆變器的輸出維持正弦交流電壓波形不變，但逆變橋輸人振蕩電壓頻率比輸出電壓頻率要高很多。RDCL變換電路的優點是：電路結構清晰，不改變直流母線兩側變換器的結構，只對公共直流母線電壓或電流進行操作；過零點對所有整流器和逆變器開關都有效，因而電路結構簡單，不需要為每個開關配備一套諧振元件；開關器件的開通和關斷均為零電壓或零電流條件。

2.諧振變流技術的應用

2.1開關穩壓電源

開關穩壓電源廣泛應用于微型計算機、彩電、宇航設備、軍用設備等領域，一般采用準諧振變換電路。日本用開關器件制成了功率為5kw的ZVC一QRC開關穩壓電源。美國于1990年做出了功率密度為4.5w/cm3，運行頻率為10MHz的多諧振開關電源。

2.2直流電機驅動

采用準諧振變流技術進行DC/DC轉換，驅動直流電機工作。

2.3高頻感應加熱

傳統的高頻感應加熱電源采用電子管高頻振蕩器，效率一般只有50-60%，熱慣性大，壽命短歸籠，而且工作頻率可調范圍極小，不能滿足不同工藝、不同負載的要求。隨著新型功率開關器件的出現，電力電子高頻感高應加熱裝置逐步占據了主導地位。國外有采用Srr作為開關器件，頻率200kHz，功率200kw，效率達90%的高頻電源。國內已研制出300k場/20kw/MOSFET串聯諧振變換式電源。

3.結束語

諧振變流技術中電路拓撲分析復雜，工作模式因負載而改變；一般為變頻控制，其控制電路復雜，易受干擾，還會產生高頻噪聲；開關器件承受電流、電因立力大。利用諧振開關中器件的損耗很微小和硬開關PWM中器件的電壓和電流應力小的特點，使開關在零電壓/零電流下轉換，而轉換完成后則工作于硬開關PWM狀態。

【參考文獻】

[1]趙良炳.現代電力電子技術基礎.北京：清華大學出版社，2005.

[2]張恩懷.開關電源和發展概況.電力電子技術，2010，（2）：74-78.