当逆变器负载为RLC且满足振荡条件时，这种负载称为谐振负载。谐振负载既可以是串联的，也可以是并联的。对于谐振负载，可以通过改变逆变频率来改变输出电压和功率，例如感应加热负载和中频X射线机高压逆变负载。因此，对输出频率没有严格要求，而又要求改变输出电压的场合，可以利用谐振式逆变电路来达到目的。

谐振式逆变电路的特点：

（1）逆变电路输出波形为方波（电压方波或电流方波）。

（2）对于这种负载，可以将逆变频率调谐到谐振频率附近，从而获得正弦的输出电流或电压，而无需通过低通滤波器来消除其最低次谐波，所谓“谐振”式逆变电路也因此而得名。

（3）谐振式逆变器的一大缺点是由于利用负载的谐振特点，电路中的元器件要承受很大的电流或电压。电力半导体器件会因此而需承受很大的器件应力。

谐振式逆变器有电压型串联谐振式和电流型并联谐振式两种。对于串联谐振式逆变器，其输出电压为方波，负载电流波形接近正弦波，而并联谐振式逆变器的输出电流为方波，负载的电压波形接近正弦波。

1.电压型串联谐振逆变电路

串联谐振槽路（RLC）如图2-6a所示。其导纳Y可表示为

它是复频率s=jω的函数。若，，则有

由式（2-32）可知，谐振时，即s=jω₀时，感抗和容抗互相抵消，Y（s₀）=1/R，即电路阻抗为纯阻性质，频域的对数幅频特性如图2-6b所示。曲线的陡峭程度可用半宽度来描述，也就是半功率点或3dB点的频率范围。对于串联谐振式逆变器，3dB点出现在s=j（ω₀±α）处，所以其半宽度为2α。

图2-6 串联谐振槽路及其频率响应

a）串联谐振槽路 b）频率响应

若令串联谐振电路的品质因数为

则式（2-32）可变为

谐振时的特点：

（1）当s=jω₀时，Y（s₀）=1/R，也就是说，谐振时的负载（R）电压等于电源电压，即

u_R=u_a=U_amsin ω₀t

（2）电容和电感上的电压，可达电源电压的Q倍。在一般情况下，电路中电流i_a可表达为I_a（s）=U_a（s）Y（s）

于是有

当s=jω₀时

式（2-37）表明，谐振时电容（或电感）上的电压值正比于谐振电路的Q值，可比输入电源电压值高出许多倍。

前面所讨论的只是针对输入电源为正弦波的情况，加交流方波电压源的串联谐振电路示于图2-7a。

只要ω=ω₀，而且Q值足够大时，则i_a中所含的谐波分量很少，而且电流i_a非常接近正弦波，故有

其中，U_a1m为方波电压的基波分量幅值，在这种情况下，谐振槽路电流i_a与输入方波电压同相。在此处，我们看到利用电路的谐振性质来滤除谐波的例子，其波形示于图2-7b。

图2-7输入为方波电压的串联谐振电路及其波形

a）电路 b）波形

当电压源频率大于谐振频率，即ω>ω₀时，LC作用相当于一个电感（L_E），即

其中，β=ω/ω₀>1。在这种情况下，谐振电路的阻抗等值于LR电路，如图2-8a所示，于是输入电源的基波电压u_a1就加在L_ER上。若假定滤波器能将高次谐波滤除，使得i_a≈i_a1则有

显然，在ω>ω₀时，i_a的幅值比ω=ω₀时的小。其波形示于图2-8b。

图2-8 ω>ω₀时的等值电路及其波形

a）等效电路 b）波形

当ω<ω₀时，LC的作用相当于一个电容（C_E）即

其中，r=ω/ω₀<1。此时的谐振电路阻抗等于RC网络，只要ω不是比ω₀低得太多，仍足以使i_a≈i_a1，则有

同理，ω<ω₀时的i_a幅值比ω=ω₀时的小。其波形示于图2-9b。

从上面分析可知，只要电源频率（ω）偏离槽路的谐振频率（ω₀），在附加阻抗上就引起了电压降落，因此负载（R）上的电压就要减少。当槽路的Q值比较大，这种偏离将会引起负载上电压大的变化。也就是说，可以通过改变逆变器的工作频率来改变负载上的电压和功率，即所谓调频调压和调频调功。

图2-9 ω<ω₀时的等值电路及其波形

a）等效电路 b）波形

电压型串联谐振式逆变电路如图2-10所示，利用该电路，使VI₁和VI₂轮流工作半个逆变周期，则在串联谐振槽路的端口获得交流方波电压。

当逆变电路工作在谐振频率（ω₀）时，开关器件的状态转换总是发生在开关器件电流过零的时刻，因而降低了器件的开关损耗（见图2-7b）。在这种情况下，所有反并联二极管始终不通过电流。

图2-10 电压型串联谐振式逆变电路（半桥）

当逆变电路的工作频率大于谐振频率，即ω>ω₀，且ω≈ω₀时，电路工作于感性负载条件下，负载电流i_a滞后于槽路端口电压u_a，如图2-11a所示。

当逆变电路的工作频率小于谐振频率，即ω<ω₀，且ω≈ω₀，谐振槽路呈现容性，所以负载电流i_a超前于槽路端口电压u_a，如图2-11b所示。(www.daowen.com)

2.电流型并联谐振逆变电路

并联谐振槽路示于图2-12a，其中，i_a为正弦波。其导纳可表示为

式中，令

Q=ω₀RC（2-48）

比较式（2-47）和式（2-32）可知，二者形式相近，只是系数不同，因此它们的幅频特性曲线的形状是一样的。图2-12b给出了并联谐振槽路的对数幅频特性。同串联谐振一样，其半宽度为2α，可用以表征曲线的陡峭程度。

图2-11 电压型串联谐振式逆变电路工作波形

a）ω>ω₀ b）ω<ω₀

图2-12 并联谐振槽路及其频域响应

a）并联谐振槽路 b）对数幅频特性

谐振时的特点：

（1）当s=jω时，Z（s₀）=R。也就是说，谐振时负载R中的电流就等于电流源的电流i_a=I_asinωt，LC并联槽路相当于开路，但L和C中都流过很大的电流。这时，整个并联槽路的阻抗为纯阻性质。

（2）通过电容和电感的电流为电流源电流的Q倍。谐振时，槽路的电压为

所以

即

前面讨论的是电流源为正弦波的情形。方波电流输入的并联谐振槽路示于图2-13a，并分下述几种情况加以讨论。

1）在ω=ω₀，即电流源频率（ω）等于谐振频率（ω₀）时，只要Q值足够大，槽路电压u_a中所含的谐波很低，则可以认为

其波形示于图2-13b。负载电压u_a同输入电流i_a同相，槽路显示电阻性。

图2-13 方波电流输入的并联谐振槽路及其波形

a）电路 b）ω=ω₀的波形 c）ω>ω₀的波形 d）ω<ω₀的波形

2）当ω>ω₀时，LC槽路的作用相当一个电容C_E，它同负载电阻R相并联，起分流作用（见图2-13c）。这样一来，流过R的电流减少，槽路电压u_a1也降低。因整个槽路显容性，槽路电压u_a1滞后于i_a，其波形如图2-13c所示。

3）当ω<ω₀时，LC槽路的作用相当一个电感L_E，它也是同电阻R并联，也起分流作用。因此，流过R的电流也减少，槽路电压u_a1也同样降低。因整个槽路呈感性，槽路电压超前于i_a，其波形如图2-13d所示。

很显然，同串联谐振一样，通过改变输入频率可以改变并联槽路的电压，从而也就改变了负载的功率。当然，实际应用时，频率改变范围受下面三个因素的限制：器件开关频率、元件的电流容量以及最低次谐波频率不得接近槽路的谐振频率。

电流型并联谐振式逆变电路示于图2-14。利用该电路，使VI₁、VI₄同VI₂、VI₃轮流工作半个逆变周期，则可在并联谐振槽路端口获得交流方波电流。

当逆变电路工作在谐振频率（ω₀）时，同串联谐振电路类似，开关器件的状态转变总是发生在器件电压过零时刻（见图2-13b），从而降低了器件的开关损耗。

图2-14 电流型并联谐振式逆变电路

由图2-13c可知，当ω>ω₀且ω≈ω₀时，电路工作于容性负载条件下，负载的电压u_a1滞后于i_a。

当ω<ω₀且ω≈ω₀时，电路工作于感性负载条件下，负载的电压u_a1领先于i_a（见图2-13d）。在这种条件下，当一对开关管导通时，另一对开关管就立刻加上正向电压。对于IGBT开关来说，可将需关闭的那对器件的触发信号置低，让其关断后，再触发需要导通的那一对器件。

3.串并联复合型谐振逆变电路

串并联复合型谐振全桥逆变器如图2-15所示，谐振电路的输入电压u_DS2是幅值为U_d的交流方波：

图2-15 全桥串并联谐振逆变器

其基波成分为u_i1=U_msinωt，这里，的有效值为

谐振电路输入基波分量的传递关系为

由于串并联谐振环节的传递函数为

式中，，；则由式（2-52）和式（2-53）得串并联谐振逆变器幅值传递函数为

电感L的电流为i=I_msin（ωt-ψ），谐振槽的输入阻抗：

其中，，则电感电流为

谐振电感两端电压为

谐振电容C₁的电压为

谐振电容C₂的电压与逆变器输出电压相同：

逆变器输出电流幅值为