无源器件高频特性研究

2016-05-06王颖丽白岩峰杨霞天津渤海职业技术学院天津300400

天津化工 2016年2期

关键词：无源电感器件

王颖丽，白岩峰，杨霞（天津渤海职业技术学院，天津300400）

无源器件高频特性研究

王颖丽，白岩峰，杨霞
（天津渤海职业技术学院，天津300400）

电阻、电容、电感是电力电子装置中最常见的无源器件。但是在高频情况下，无源器件的高频特性与其理想特性有所不同。提出通过WK6500B精密阻抗分析仪对其进行测量来研究无源器件的高频特性。

电阻;电容;电感; WK6500B;无源器件;高频特性

电力电子领域开关频率持续提高，导致线路中的电压和电流变化率的不断增大，以至于在高频情况下，电阻不再是理想电阻，电感不再是理想电感，电容也不再是理想电容，都带有高频寄生参数。这些高频寄生参数会严重影响系统的稳定性，所以在进行电路设计时要充分考虑到她的这些高频寄生参数。从各国应用无源器件的情况来看，除了电站、石油、食品等行业的过程测量和控制外，还广泛应用于化工领域的五大应用系统：卤素测量、过滤测量、色度和浓度测量、冷凝器和泠凝水测量、相位分离。

本文选取典型的无源器件，通过WK6500B精密阻抗分析仪对其进行精密测量来研究无源器件的高频寄生参数。通过测量得出的幅频特性曲线来研究不同的无源器件的高频特性，本文将对其进行展开介绍。

1电阻元件高频特性

电阻在高频情况下，就会有杂散参数的存在，不单单是只有电阻特性，还会存在电抗特性（寄生电感、寄生电容）。寄生电感、寄生电容参数会随着电阻的材料属性而变化。实际电阻的高频特性如图1所示。

图1 实际电阻高频特性

从图1（a）图可知，Cpar、Llead分别为实际电阻的寄生电容和寄生电感。当直流通过实际电阻时，实际电阻呈现阻性；当频率慢慢增大时，当频率在f1与f2之间时，寄生电容起主要作用；当频率大于f2时，寄生电感起主要作用。转折频率为f1与f2。

本文选用阻值20Ω的绕线式电阻，利用WK6500B精密阻抗分析仪对其进行测量，电阻的幅相频特性曲线如2所示。

从图2可以读出f1与f2两个转折频率，电阻在小于1MHz之前基本是呈现纯电阻的特性；在1MHz与15MHz之间电阻呈现电容特性；在频率高于15MHz之后电阻基本上呈现感性；基本上与上述分析一致。

图2 电阻幅相频特性曲线

2电容元件高频特性

在电力电子系统中，电容器的主要作用是去耦、储能、隔直平波等，所以电容器也是电力电子电路中常用的元件[1]。实际电容在高频情况下，就会有杂散参数的存在（寄生电感、寄生电阻）。寄生电感、寄生电阻参数会随着电容的材料属性而变化。实际电容的高频特性如图3所示。

图3 实际电容高频特性

从图3（a）图可知，Rpar、Llead分别为实际电容的寄生电阻和寄生电感。当直流通过实际的电容时，实际电容相当于开路。当频率慢慢增大时，寄生电阻起主要作用；在频率大于f0后，寄生电感起主要作用。电容的有效工作频率范围在谐振频率f0以下。转折频率为f0。

本文选用的是电容值为4700uF的铝电解电容[2]。利用精密阻抗分析仪对其进行测量，电容的幅相频特性曲线如图4所示。

从图4可以读出串联谐振频率f0[3]，电容在小于10KHz之前基本是呈现纯电容的特性；随着频率慢慢增大，实际电容开始呈现感性，转折频率为10KHz基本上与上述分析一致。

3电感元件高频特性

电感是PWM整流系统中常用的元件，但是在实际应用中电感器也是非理想的[4]。实际电感在高频情况下，会存在寄生电容、寄生电阻参数。寄生电容、寄生电阻参数会随着电感的材料属性而变化。实际电感的高频特性如图5所示。

图4 电容幅相频特性曲线

图5 实际电感高频特性

从图5（a）图可知，Rpar、Cpar分别为实际电感的寄生电阻和寄生电容。当直流通过实际电感时，实际电感呈现阻性，高频情况下可忽略不计。当频率在f1与f2之间时，实际电感呈现电感特性；当频率大于f2时，实际电感呈现电容特性。实际电感的转折频率f1与f2之间的频率范围为有效滤波范围。转折频率为f1与f2。

本文用电感值为3mH的磁性磁芯的电感[5]。利用WK6500B精密阻抗分析仪对其进行测量，电感的阻抗特性曲线如图6所示。

从图6可以读出f1与f2两个转折频率，电感在小于1KHz之前基本是呈现纯电阻的特性；在1KHz与500KHz之间电感呈现电感特性；在频率高于500KHz之后电感基本上呈现容性；基本上与上述分析一致。

综上所述，无源器件电阻、电容、电感在高频情况下存在寄生参数，通过WK6500B精密阻抗分析仪对其进行测量，所得结论与分析一致，充分验证了在高频情况下，这些元件都不是纯电阻、纯电感、纯电容而是会有寄生参数的存在，使电阻、电容、电感的阻抗特性发生变化，综合考虑无源器件的高频特性，可以更好的改善化工领域的五大应用系统。