谐振变换器及变压器不能开路运行原理

功率变换器设计中，对增大功率密度，缩小设计尺寸的要求越来越高，迫切需要设计师提高开关频率。采用高频工作将大大降低无源器件的尺寸，如变压器和滤波器。但存在的开关损耗却对高频工作带来不利影响。为减少开关损耗，使高频工作正常，提出谐振切换技术。常规谐振器使用串联的电感电容作为谐振网络。负载连接有两种基本结构，串联和并联。

 
对比常规谐振器，LLC 型谐振变换器具有许多优点。首先，它可以在输入和负载大范围变化的情况下调节输出，同时开关频率变化相对很小。第二，它可以在整个运行范围内，实现零电压切换（ZVS）。最后，所有寄生元件，包括所有半导体器件的结电容和变压器的漏磁电感和激磁电感，都是用来实现ZVS 的。

谐振网络包括一个电容器，变压器的漏磁电感和激磁电感。谐振网络可以滤掉高次谐波电流。因此，即使方波电压应用于谐振网络，基本上只有正弦电流允许流经谐振网络。谐振网络的滤波功能可以让我们用经典的基波近似原理获得谐振器的电压增益，假定只有输入到谐振网络的方波电压的基波有助于功率传递到输出。由于次级整流电路起到一个阻抗变压器的作用，等效负载电阻与实际负载电阻是不同的。

 

正常运行时，电压互感器二次线圈相当于开路，阻抗ZL很大，若二次回路短路时，阻抗ZL迅速减小到几乎为零，这时二次回路会产生很大的短路电流，将损坏二次设备甚至危及人身安全。电压互感器可以在二次侧装设熔断器以保护其自身不因二次侧短路而损坏。在可能的情况下，一次侧也应装设熔断器以保护高压电网不因互感器高压绕组或引线故障危及一次系统的安全。电流互感器在正常运行时，阻抗ZL很小，相当于二次线圈在短路状态下运行。二次电流产生的磁通势对一次电流产生的磁势起去磁作用， 励磁电流甚小，铁芯中的总磁通很小，二次绕组的感应电动势不超过几十伏。

如果二次侧开路，二次电流等于零，去磁作用消失，但是一次线圈的ε1保持不变，其一次电流完全变为励磁电流，引起铁芯内磁通量Φ剧增，铁芯处于高度饱和状态，加之二次绕组的匝数很多，就会在二次绕组两端产生很高(甚至可达数千伏)的电压，不但可能损坏二次绕组的绝缘，而且将严重危及人身安全。因此，电流互感器二次侧开路是绝对不允许的。

电压互感器和电流互感器原理上都是变压器，电压互感器关注电压的变化，电流互感器关注电流的变化。在正常运行时，ε1和ε2保持不变。电压互感器一次侧并联在回路中，电压相对较高，电流非常小，正常运行时二次侧的电流也非常小几乎为0，在二次回路中与开路无限大阻抗形成一个相对平衡。当二次侧阻抗迅速减小到短路时，因为ε2保持不变，势必会导致二次电流迅速增大，烧坏二次线圈。

同样的道理，在正常运行时，ε1和ε2保持不变。电流互感器一次侧串联在回路中，电流相对较高，电压非常小，正常运行时二次侧的电压也非常小几乎为0，在二次回路中与短路无限小阻抗形成一个平衡。当二次回路阻抗迅速增大到开路时，二次电流迅速降为0，一次电流全部转化为励磁电流，导致磁通迅速增大达到饱和烧坏互感器。