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單元三:阻抗比對(電容電感,變壓器,傳輸線變壓器,附帶硬體電路)

本文是針對阻抗比對介紹的,如果感興趣,想要詳細咨詢問題或者想要參考資料可以詳細咨詢部落客。

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對于全橋逆變這種高頻大功率電路,如果其輸出阻抗與負載阻抗不比對,那麼全橋逆變電路輸出的能量将不能有效的傳輸給負載,嚴重時所輸出的能量達到負載上時會産生反射,甚至可以燒壞發射電路。是以說阻抗比對對于全橋逆變電路的輸出很重要。

重點知識:

根據比對頻帶的不同,比對網絡可以分為窄帶比對和寬帶比對兩種,其中窄帶比對是利用無源器件的諧振完成的阻抗變換來實作電路的比對。

當全橋逆變電路的輸出頻率高,比對電路就需要采用寬帶設計。實際工程中,經常使用變壓器來實作寬帶比對,通過改變初次級線圈的匝數比,就可以達到精準比對的目的,變壓器的工作頻率範圍一般在10Hz~10KHz 左右,頻帶範圍較寬,但其高頻特性較差,是以普通變壓器不适合應用到高頻的比對電路中。

1. 窄帶比對:

在工程實踐中,選擇比對網絡時要考慮尺寸、複雜度、帶寬等因素。阻抗比對技術包括集總參數變換元件阻抗比對技術和傳輸線元件阻抗比對技術。集總參數變換元件阻抗比對網絡由電容、電感串并聯構成, 常用的集總參數變換元件比對網絡主要包括 L 型比對、 π 型比對和 T 型比對。如下圖所示:

單元三:阻抗比對(電容電感,變壓器,傳輸線變壓器,附帶硬體電路)

下面是實際搭建的硬體電路:

單元三:阻抗比對(電容電感,變壓器,傳輸線變壓器,附帶硬體電路)

沒有接比對電路時探頭兩端的波形:

單元三:阻抗比對(電容電感,變壓器,傳輸線變壓器,附帶硬體電路)

經過阻抗比對之後的探頭兩端波形:

單元三:阻抗比對(電容電感,變壓器,傳輸線變壓器,附帶硬體電路)

可以看出經過窄帶比對電路之後能量傳輸效率提升了大約一倍。

2. 變壓器比對:

變壓器阻抗比對電路需要通過廠家定制自己需要的變壓器(根據頻率以及耐壓等),變壓器阻抗比對比較簡單,附一張圖來進行說明:

單元三:阻抗比對(電容電感,變壓器,傳輸線變壓器,附帶硬體電路)

3. 傳輸線變壓器比對:

為了使用變壓器比對電路的方式,人們把傳輸線變壓器的原理應用到了變壓器中,稱其為傳輸線變壓器。它是由兩條或者多條等長的導線緊密絞到一起并均勻纏繞到高磁導率磁環上而制成的。由于導線彼此之間是緊靠在一起的,使得導線之間的分布電容∆C 非常大, 并且這些電容也是均勻分布在整條導線上的, 同時導線繞在高磁導率的磁環上,是以導線機關長度上的電感量∆L 也非常大, 并且這些電感也是均勻分布在整條導線上的。

1:1 傳輸線變壓器的原理示意圖如圖 所示。當信号源加在輸入端時,信号源開始向電容充電,使電容儲能,然後電容儲存的能量通過電感進行放電,使電感儲能,以此類推,每個電容和電感都以相同的方式進行能量交換,如此反複,直到能量到達負載。

與傳統的變壓器相比,傳輸線變壓器非常巧妙地運用了傳輸線間的分布電容和電感,實作了寬帶能量傳輸的目的,當輸入信号為高頻時,傳輸線變壓器以電磁能的形式進行傳輸,當輸入信号為低頻時,變壓器模式和傳輸線模式同時起作用,能量通過磁耦合和傳輸線兩種形式進行傳輸;受到傳輸線變壓

器内部結構的限制,傳輸線變壓器隻能實作固定值的電壓變換,比如, 1:1、 1:2、1:3、 1:4 等,對應的阻抗比也僅僅是一些離散的值,比如, 1:1、 1:4、 1:9、 1:16 等。是以傳輸線變壓器隻能實作阻抗的近似比對。

單元三:阻抗比對(電容電感,變壓器,傳輸線變壓器,附帶硬體電路)
單元三:阻抗比對(電容電感,變壓器,傳輸線變壓器,附帶硬體電路)

并且搭建了基于傳輸線變壓器的阻抗比對電路,并依次對三個線圈進行了測試:

單元三:阻抗比對(電容電感,變壓器,傳輸線變壓器,附帶硬體電路)

經過傳輸線變壓器阻抗比對電路之後,負載兩端的波形如圖所示:

單元三:阻抗比對(電容電感,變壓器,傳輸線變壓器,附帶硬體電路)

通過測試可以發現基于傳輸線變壓器的阻抗比對電路性能略優于窄帶無源比對電路。

以上就是所介紹的三種阻抗比對方式,如果對阻抗比對感興趣,或者對本文中有不懂的,想要參考電路資料的可以咨詢QQ:2859340499

同時如果對全橋逆變電路感興趣的可以看部落格單元一和單元二。