第3章 静脉冲体系（下） - 图文(2)

Z21 = -(sM)2 / Z22 或 Z21 = R21 + jX21 欧姆

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作者：能量海 回复日期：2011-4-27 12:53:00

图.6A 和 图.6B 是变压器初级侧和次级侧的等效电路图，当图.4A的串联谐振电路放大了谐振功率，各自地基于变压器原理被传送到变压器的次级侧，如图.5所示。

如图.6B所示，在半成品次级侧的等效电路图里，I1是初级电流而Z12是互感系数。

如图.6A所示，当初级侧的电源电路设定为串联谐振电路并且一个负载连接到次级侧电路时，反射阻抗Z21出现在 初级的谐振电路里。当电路设计为使得反射阻Z21抗难以影响初级侧的谐振电路时，谐振电路继续其谐振。于是，通过这种谐振放大了的功率基于变压器原理传输到次级侧，以便这个放大了的功率可以伺给负载。

下面是一个示范实验的详细说明，以证明上述描述的本发明的实施。

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作者：能量海 回复日期：2011-4-27 12:56:00

图.7 是用于实际实验中以体现本发明的变压器的视图说明。变压器设计为这样一种方式，线圈绕在一个铁氧体芯上形成初级侧和次级侧，其感应系数各为328毫亨利，而其匝数比为n:1。并且，变压器运行在串联谐振模式。这里，线圈的直流电阻是2.8欧姆而耦合系数 k 是0.742。

为此实验，一台美国泰克CFG 280信号发生器，其内阻抗为50欧姆，用作为一个交流电源，而且304使用千赫的串联谐振频率。一台美国泰克TDS 220 示波器用于测量电压。

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作者：能量海 回复日期：2011-4-27 13:00:00

图.8 是一个电功率放大/传输实验电路的等效电路，根据本发明实施。

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作者：能量海 回复日期：2011-4-27 13:03:00

图.9A 和 图.9B 是在图.8的等效电路里的初级和次级侧的等效电路图。

图.9A显示的等效电路的初级侧，等效电阻可表达为 RT = Rg + R1 + R21 。这里，当负载(Ro)连接到电路，该质量因子Qs 可表达为：Qs = XL1 / RT 因此，反射阻抗R21越小，功率放大系数越大。

所以，如果当设计电路时，反射阻抗 Z21 在初级侧被最小化以维持谐振，放大了的谐振功率基于变压器原理被无损传输到次级侧，这样的电压和电流所对应的传输功率可以出现在次级侧。因此，在初级侧的电压通过串联谐振放大后，变成Qs x Vg,，而次级侧的电压V2可表达为 V2 = (Q2 / n) x k x Vg。当耦合系数k 为 1 而匝数比 n 为 1，次级电压 V2 被放大后变成Q倍于源功率Vg 随后施加到连接在次级侧的负载上。

由于次级电流I2 是 k x n x I1 ，当 n = 1 和 k = 1，那么 I2 = I1。这里，I1 是初级侧的谐振电流并无损传输到次级侧。

所以，功率 P2 被传输到次级侧用下面的方程式表达：

P2 = V2 x I2 或

P2 = (Qs / n) x k x Vg x k x n x I1 或 P2 = Qs x k2 x Vg x I1 或 P2 = Qs x k2 x P1

上面方程式显示当谐振实现且k = 1，然后计算输出功率P2 ，显示Q倍的输入功率被传输到次级侧。负载并不从电源汲取电功率，而是汲取被功率放大器放大了的谐振功率，这成其为主要功率源。这样，电源功能作为一个触发器（辅助电路）使得共振得以维持。

在图.9A和图.9B显示的实验电路里，当负载电阻假定为170K 欧姆时，反射阻抗Z21表达如下：

Z21 = -(sM)2 / Z22 或

Z21 = 1.43 - j5.6 x 10-3 欧姆 或 Z21 = R21 + jX21 欧姆 如果：

Rg = 50 欧姆， Ro = 170K 欧姆， XL1 = 665 欧姆， XL2 = 665 欧姆， k = 0.742，和 n = 1。

正如方程式里所描述的，由于1.43 欧姆的反射电阻R21，大大小于50欧姆的内电阻Rg，因而它很难影响电路的总性能因数Qs。同样，由于反射电容性电抗X21，为 5.6 x 10-3 欧姆，大大小于在初级侧的665欧姆的感抗，使得谐振得以持续维持。

下表，“表 1”，显示实验测量数据说明有用输入功率用电源谐振电路供给到负载 (Ro) ，电源的内电阻 Rg 是50欧姆，而其电压为1伏。这里，当耦合系数k为0.742时，获得这些数据的。然而，当耦合系数为1时，那么， V2 = V1 而功率供应到负载如表 1所描述。这里， XL2 被忽略，因为当计算功率供应到负载时 Ro 大大大于XL2 。

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作者：能量海 回复日期：2011-4-27 13:05:00

这里： Vg = 1 伏， k = 0.742，和 n = 1。

在表 1里，由于源电压是1伏，电路的质量因子的值Qs 等于施加到电感器（L1）的电压值V1 。因此，电压V2传输到次级侧为， k x V1

同样，当 I2 = 0，初级侧的质量因子Q2表达为：

Qs = XL1 / (Rg + R1) 或

Qs = 665 ohms / 52.8 欧姆，因此 Qs = 12.59 欧姆

假若电源内阻Rg是50欧姆，而初级线圈的直流电阻是2.8 欧姆。

由于负载电阻 Ro 是 1M 欧姆的情况下类似 I2 = 0， Qs 必须如理论值的12.59，但是，在表 1中所描述的，测出的实验值是8.97。这样一种结果是估计出来的，因为因子Qs的值因线圈的高频引起的电阻而减少，线圈的直流电阻也减少。

所以，基于这样的结果，初级电路的有效电阻Reff 可以计算为：

Reff = XL1 / Qs 即，

Reff = 667 / 8.97 = 74.1 欧姆。

因此，估计的实验电路是在有效电阻Reff 为74.1欧姆和电源的内电阻Rg是50欧姆的状态下操作的。表 1 显示的方法为质量因子Qs 根据负载电阻Ro的改变为XL1 / (Reff + R21 )， 即， Qs = XL1 / (Reff + R21)。

表 1 显示，当负载电阻Ro为1.2K 欧姆时，反射电阻R21 为202.89 欧姆而电压放大率近似于2.4倍。因此，如果一个电路设计具有这样的特点，以这种方式操作，那么，当负载电阻Ro 增加，反射电阻R21 和反射阻抗Z21 减小但质量因子Qs 增加。

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作者：能量海 回复日期：2011-4-27 13:07:00

下面的表 2 描述的计算值是当耦合系数 k 设置为图.8 的等效谐振电路时，通过一个方程式而得出的。

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作者：能量海 回复日期：2011-4-27 13:08:00

这里： Vg = 1 伏， k = 1，和 n = 1。

在表 2里， 由于当k = 1时，反射电阻 R21 随负载电阻Ro 的变化而变化，当表 1和表 2里的每个Ro 为1.2K欧姆或870欧姆时，供给负载(Ro)的有效功率比它在k = 0.742时还要少。这种结果是因为参数用于反射阻抗 Z21 ，如耦合系数 k，负载电阻 Ro ，匝数比 n，和电抗 XL1 ，都 与谐振功率的变压器的电路设计有关。

下面的表 3 显示供给负载(Ro)的有效功率值的对照，其时负载(Ro)与源电压直接连接，随即有效功率提供给负载(Ro)，其时负载与一个带1伏电压源的功率放大实验电路相连接，如图.8所示。

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作者：能量海 回复日期：2011-4-27 13:10:00

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