目录
- LC谐振高频逆变电路
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- 全桥电路
- D类和E类功率放大器
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- D类功率放大器
- E类功率放大器
- LCR串联谐振电路
- 傅里叶分解方波
LC谐振高频逆变电路
\qquad 写在前面:最近要做一个1Hz~400kHz在阅读了一些文献后，高压大功率功率放大器主要关注多电平并联逆变器。事实上，大功率功率放大器也相当于高频逆变电路。以前画的BMS的电路板PCB分享截图。需要原理图和PCB原版可以留言。今天主要分享高频方波电源连接LCR在一定的参数下，串联支路可以使电流成正弦波。
全桥电路
\qquad 上图为全桥电路，基本原理不用说，保证上下管不直通即可。Q1和Q4.连接相同的信号，Q2和Q3.连接相同的信号，然后UAB是标准方波信号，此时傅里叶分解相对简单。若Q1和Q4，Q2和Q三接不同信号，一般称为移相全桥电路，UAB＝UA-UB，移相角的设置可以改变UAB大小（三角形运算）当然还可以直接通过改变占空比大小来改变输出幅值。值得一提的是，大多数文献都使用移相全桥电路DCDC与这里的电路不同，变换器有一个高频变压器，这里就不细说了。顺便说一句，附上一条全桥电路PCB注意高频布线的回路。 \qquad 高频电路具有电感效应，相当于电源线圈（这里也说采样康铜线（螺旋）采集交流信号或电感高频电流信号也会有这个问题），如果不注意接线，会出现以下波形（100kHz）。 \qquad 这应该是内部寄生电容（Cgs）与高频电路电感引起的谐振。(当震荡问题、开关延迟问题、软开关问题出现时，我想写MOS管理相关事项)，解决方案有:**1、**增大Rg减少震荡，但似乎效果不是很好。**2、**增加snubble电路，即在DS间增加RC电路。适量改变RC很明显，值可以适当减少震荡，但空载损耗会增加。**3、**再打一次板子
D类和E类功率放大器
D类功率放大器
\qquad D类功率放大器是传统功率放大功率放大器中效率较高的放大器，其效率远高于率放大器(我对甲乙类功率放大器进行了对称结构的模拟，管内没有P管，驱动电流由主电路给出。但仍存在效率、发热等问题)，但波形质量肯定不如AB类功放，D类功率放大器之所以效率高，是因为它将管道用于饱和导通区，即开关状态，而甲乙类功率放大器用于可变电阻区。D类功放在一定程度上可以认为是两电平逆变器，其开关管的调制方法也是SPWM调制方式。由于调制方法是SPWM，然后有两个电平SPWM逆变的自然缺点，输出LC滤波器设计困难，通常是一级LC滤波器只能设置一定的频率。例如，设置LC高频1中滤波参数kHz输出波形THD如果截止频率设置较低，低频段波形较好，则高频段衰减严重…一般来说，载波只有调制波的50倍以上才能过滤出更好的波形，音响水平要达到几百倍以上。目前市场上的D类功率放大器带宽最大是5kHz(从2020年的一篇文献中看到)，这意味着载波频率fs（开关频率fr）要达到250kHz，这又涉及到软开关技术，这里就不讨论了。(所以目前这4000kHz看多电平逆变方向的功率放大器道对不对。）
E类功率放大器
\qquad E类功率放大器与D类非常相似，但管道数量小于D类功率放大器，输出滤波器比D类功率放大器多一级，有很多关于一级LC滤波和两级LC可以找出滤波文献。DE类功放必须结合两者的优缺点，在各种新能指标中进行trade-off。分享DE类功率放大器中有一些假设，其中一个更重要的假设是假设系统中的质量因素（特征阻抗与串联支路阻抗之比） Q = 1 / w c R = w L R Q=\frac{1/wc}{R}=\frac{wL}{R} Q=R1/wc=RwL） 足够大，即阻尼系数足够小。下面看看原因
LCR串联谐振电路
\qquad LC谐振都知道 w = 1 L c w=\sqrt{\frac{1}{Lc}} w=Lc1 时谐振，且谐振之后串联支路阻抗 Z L = w L − 1 w c + R = R Z_L=wL-\frac{1}{wc}+R=R ZL=wL−wc1+R=R,那么此时为啥电流就是正弦了呢？不应该还是方波吗？因为支路纯阻性了不是吗？请注意，书上说的支路显阻性是在正弦电源激励下才会出现 Z L = R Z_L=R ZL=R，这时应该利用傅里叶级数去分析。这个后面讨论。 \qquad 这里的参数是 L = 3 m H , c = 843.343 p F , R = 2 , f s = 100 k H z L=3mH,c=843.343pF,R=2,fs=100kHz L=3mH,c=843.343pF,R=2,fs=100kHz ϕ ( j w ) = A r g ( Z j w ) = a r c t a n w L − 1 w c R \phi(jw)=Arg(Z_{jw})=arctan\frac{wL-\frac{1}{wc}}{R} ϕ(jw)=Arg(Zjw)=arctanRwL−wc1
\qquad 很容易画出R，XL，Xc，ZL随着频率f变化的曲线图，从图中可以看出，当fs=fr时，ZL有最小值（但这里仍需注意是正弦电源激励下），那么对应此时电流有最大值。定义品质因数 Q = w o L R = 1 w o c R = 1 R = L c Q=\frac{w_oL}{R}=\frac{1}{w_ocR}=\frac{1}{R}=\frac{L}{c} Q=RwoL=wocR1=R1=cL，那么此时电容和电感上的电压数值 U L = U c = Q U s U_L=U_c=QUs UL=Uc=QUs，通常Q值很大，这意味着电感和电容的耐压要选取得非常高。 \qquad 定义 η = w w o \eta=\frac{w}{w_o} η=wow，即任意频率与谐振频率的比值。计算从输入电压到输出电流的传递函数，其实就是阻抗之和 H ( s ) = I o ( s ) U i ( s ) = 1 R + s L + 1 / s c H(s)=\frac{I_o(s)}{U_i(s)}=\frac{1}{R+sL+1/sc} H(s)=Ui(s)Io(s)=R+sL+1/sc1,s=jw带入有： H ( j w ) = 1 R + j ( w L − 1 / w c ) H ( j η ) = 1 R [ 1 + j Q ( η − 1 η ) ] H(jw)=\frac{1}{R+j(wL-1/wc)}\qquad H(j\eta)=\frac{1}{R\left[1+jQ(\eta-\frac{1}{\eta})\right]} H(jw)=R+j(wL−1/wc)1H(jη)=R[1+jQ(η−η1)]1 容易得出： A r g ( H ( j η ) ) = − 1 R a r c t a n [ Q ( η − 1 η ) ] Arg\left(H(j\eta)\right)=-\frac{1}{R}\quad arctan \left[Q(\eta-\frac{1}{\eta})\right] Arg(H(jη))=−R1arctan[Q(η−η1)] A m ( H ( j η ) ) = ∣ 1 / R 1 + j Q ( η − 1 η ) ∣ = ∣ 1 / R ( 1 − j Q ( η − 1 η ) ) 1 + Q 2 ( η − 1 η ) 2 ∣ = 1 / R 1 + Q 2 ( η − 1 η ) 2 Am(H(j\eta))=\left|\frac{1/R}{1+jQ(\eta-\frac{1}{\eta})}\right|=\left|\frac{1/R\left(1-jQ(\eta-\frac{1}{\eta})\right)}{1+Q^2(\eta-\frac{1}{\eta})^2}\right|=\frac{1/R}{1+Q^2(\eta-\frac{1}{\eta})^2} Am(H(jη))=∣∣∣∣∣1+jQ(η−η1)1/R∣∣∣∣∣=∣∣∣∣∣∣1+Q2(η−η1)21/R(1−jQ(η−η1)<