【干货】LC串联谐振拓扑构成与工作原理分析

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深入解析LC串联谐振拓扑：高效能量转换与工作机理探索

在高压电源设计中，LC串联谐振拓扑因其卓越的性能备受青睐。它不仅具有高效能的能量传输，还能实现频率选择性，小巧的体积设计，以及可靠的运行特性，广泛应用于高压充电电源、静电驻极电源和静电除尘高压电源等领域。

LC电路揭秘

让我们一起走进森木磊石的讲解，从LC高压充电电源的结构着手。它由原边的全桥串联谐振电路、变压器和副边整流电路组成，图形化呈现一目了然。

副边整流电路有全桥（图示左）和倍压（图示右）两种选择，全桥适用于大电流场景，而倍压则适用于小电流应用场景，灵活适应不同需求。

原边电路包含直流输入Vin、输入电容Cin，开关器件Q1至Q4，以及谐振电感和电容Cr。这些元件包括体二极管D1-D4和寄生结电容C1-C4。副边则由整流二极管DR1-DR10和负载Cd构成。

工作模式解析

LC串联谐振电路的工作由两关键频率——开关频率fs和谐振频率fr决定。LC电路根据fs与fr的关系，分为三种工作模式：

1. DCM（电流断续模式）：当0 < fs < 0.5fr时，工作在低损耗、干扰小的状态，如图所示，开关器件以零电流开通与关断。


2. CCM（连续电流模式）：0.5fr < fs < fr时，容性谐振回路影响下，开关器件在硬开通和零电流关断，需考虑反向恢复特性，但损耗和干扰增大。


3. CCM（连续电流模式）：当fr < fs时，感性谐振回路导致较大损耗和电磁干扰，输出特性与恒流源特性有偏离。

工作原理深入剖析

工程实践中，DCM和PWM工作模式应用广泛。以全波整流电路为例，分析两种模式下的工作原理。在PFM模式下，等台阶充电方式让负载电容电压逐级上升；而在PWM模式中，通过精确的开关控制，输出电压保持稳定。

副边整流电路设计

对于低压输出，简单的整流电路即可满足，但高压输出则需要采用多级倍压电路，例如10倍压电路，选择二极管和电容时，需充分考虑耐压、通流能力和电容的容量计算。

总结，LC串联谐振电路以其独特的构造和工作原理，为高压电源设计提供了强大工具。在后续的篇章中，我们将深入探讨电路设计与仿真，带你走进LC电路的实践世界。

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