11. Резонансные преобразователи
11.1. Общие сведения
Резонансными преобразователями называются преобразователи, в которых используются электрические цепи с индуктивными и емкостными элементами для коммутации ключей. Раскрывая это определение более подробно, можно сказать, что явления резонанса напряжения или токов в схемах преобразователей используются для решения следующих задач:
• выключения тиристоров за счет прохождения анодных токов через нуль («квазиестественная коммутация»);
• формирования тока и напряжения с формой, близкой к синусоидальной;
• обеспечения «мягкой» коммутации силовых электронных ключей за счет включения их в нуле тока и выключения в нуле напряжения;
• снижения коммутационных потерь и повышения рабочей частоты преобразователя;
• улучшения электромагнитной совместимости преобразователя с другими техническими средствами и окружающей средой.
Основной недостаток, обусловленный использованием резонансных явлений, — значительное превышение максимальных значений преобразуемых токов и напряжений относительно их действующих и средних значений.
На первых этапах развития силовой электроники в тиристорных преобразователях для обеспечения коммутации тиристоров и повышения их рабочей частоты применялись резонансные преобразователи. Создание полностью управляемых быстродействующих приборов (транзисторов и запираемых тиристоров различных видов) исключило необходимость применения резонансных цепей для коммутации ключей. Наиболее часто стали применять методы для обеспечения «мягкой» коммутации электронных ключей за счет использования резонансных цепей в преобразователях малой мощности постоянного тока в постоянный, являющихся основой вторичных источников питания. При высоких рабочих частотах этих ключей для малых преобразуемых мощностей входные емкости можно использовать в качестве элементов резонансных контуров. Кроме того, современные технологии позволяют изготовлять интегральные элементы с монтажными соединениями, имеющими заданные значения индуктивностей, емкостей, резистивных сопротивлений и т.п. При этом рабочие частоты превышают 10 МГц. В то же время в преобразователях средней мощности использование резонансных явлений позволяет сократить коммутационные потери более чем на порядок.
Существуют различные системы их классификации, однако в общем случае можно выделить три группы резонансных преобразователей [1]:
• преобразователи с резонансными контурами, включающими в себя нагрузку;
• преобразователи постоянного тока в постоянный с элементами резонансных цепей, подключаемых к ключам преобразователя для обеспечения «мягкой» коммутации;
• инверторы с общим резонансным звеном на стороне постоянного тока для обеспечения «мягкой» коммутации ключей.
В резонансных преобразователях резонансные цепи бывают последовательного и параллельного типов (рис. 11.1):
• резонансная
частота идеального (активное сопротивление
R
= 0) резонансного контура ⍹
;
(11.1)
• характеристическое
сопротивление 
; (11.2)
• добротность
последовательного контура 
; (11.3)
• добротность
параллельного контура 
; (11.4)
а б
Рис. 11.1. Схемы резонансных контуров: а- последовательный; б- паралельный
• коэффициент затухания в последовательном и параллельном контурах
и 
соответственно;
• собственная
(свободная) частота колебаний 
(частота колебаний в контуре с учетом
их затуханий за счет активного
сопротивления нагрузки R)
в последовательном 
и параллельном 
контурах.