ZVS工作原理与制作[翻译]
金坷居士2012/01/10高电压技术 IP:北京
原文地址:XXXXXXXXXXXXXXXXXXX/zvs-driver/

ZVS

本文将介绍的ZVS驱动器是-一种功率大、高效而且非常简单的振荡器。它通常被用于产生高频正弦波的场合比如冷阴极LCD灯箱驱动器或者其他用途。这里有一个简化版的ZVS。

zvs0.png
当电源电压作用于V+,电流开始同时通过两侧的初级并施加到MOS的漏极(D)上。电压会同时出现在MOS的门极(G)上并开始将MOS开启。因为没有任何两个元件是完全一样的,一个MOS比另一个开的快一些,更多的电流将流过这个MOS。通过导通侧初级绕组的电流将另一侧MOS的门极电压拉低并开始关断它。图中电容和初级的电感发生LC谐振并使电压按正弦规律变化。如果没有这个电容,通过MOS的电流会一直增大,直到变压器饱和+MOS发生核爆炸......

假设Q1首先开启。当Z点电压跟着LC谐振的半个周期上升到峰值再回掉时,Y点电压会接近0。随着Z点电压下降到0,Q1的门极(G)电压消失,Q1关闭。同时Q2开启,此时Y点电压开始上升。Q2的导通把Z点电压拉低到接近地,这可以确保Q1完全关断。Q2完成LC振荡的半周后会重复同样的过程,此振荡器继续循环工作。为了防止本电路从电源拉取巨大的峰值电流而损坏,增加了L1在变压器抽头处和V+之间作为缓冲。LC阻抗限制着实际的电流(L1只是减少峰值电流,因为电感有续流作用吧)。

如果你眼够尖,会发现此振荡器是一个零电压开关电路(zero-voltage switching ZVS),这意味着MOS将在其两端电压为零时关断。这对MOS有好处,因为它允许MOS在承受应力比较低的时候进行开关动作,这意味着不再需要像硬开关变换器那样的巨大散热器,甚至当功率大到1KW时都可以这样!(我觉得悬......毕竟MOS有导通电阻......谁的ZVS能上1KW?!反正我没见过.....)

ZVS的振荡频率将由变压器初级的电感和跨接在初级两端的电容决定。可以用下列公式计算:

f = 1/2 * π * √(L * C)
f 频率,单位Hz
L 初级的电感,单位H(注意不是uH!1H=1000000uH!)
C 谐振雕塑的容量,单位F(注意不是uF!1F=1000000uF)

真实的MOS比较脆弱(汗= =   深有体会),如果门极(G)和源极(S)之间的电压超过正负30V,MOS会损坏。为了防止这种事情发生,我们需要门极(G)的保护措施;只是简单地增加几个额外的元件。如下图。

zvs1.png

• 470欧电阻用来限制MOS门极(G)的电流,防止损坏。
• 10K电阻用于确保MOS可靠关断。
• 稳压二极管将MOS的门极(G)的电压限制在你选用的稳压二极管(12V、15V、18V)的击穿电压之内。
• 当一侧MOS导通时,UF4007将另一侧MOS的门极(G)电压拉低

值得注意的是,我们改用+V为MOS供电,使它们开启,并使用LC谐振部分通过快恢复二极管关断它们。这提高了整体电路的性能。

下面的实物图很好理解,我希望你喜欢:

zvs2.png

因为LC震荡时的电压比输入电压高,所以你需要确认你的MOS可以承受这个电压。一个比较好的选择MOS方式,MOS的耐压要为4倍输入电压以上,IRFP250和更好的IRFP260很适合ZVS(我用IRF540也很好,但是输入不要超过20V,IRFZ48、IRF3205等管耐压过低不宜使用)。你需要为MOS添加散热器,但是不用特大。记住在安装散热器时一定要加绝缘垫(TO247的IRFP250和IRFP260要加绝缘垫,TO220的IRF540除了绝缘垫还要加绝缘帽!),因为MOS的散热器不是和引脚不是电学绝缘的(散热片和漏极是通的,我想但凡搞电子的都知道吧、)。那个谐振电容一定要用好的,MKP电容,云母电容,Mylar电容(这个不认识、、、)是很好的选择(电磁炉电容最佳~~),千万不要用电解电容,会核爆炸的(嘿嘿  每人这么2吧)。两个初级绕组必须要同方向绕制,否则不工作。如果变压器没气息,同样不会工作。(这、、、)
zvs3.jpg
+50  科创币    任某人    2012/01/10 甚好~但是我觉得有一点鬼佬说的不对。。那两个电阻也起到分压作用。上高压时使用很讲究
+20  科创币    魔羯司令在此    2012/01/10 额,鬼佬的电路不错。
+20  科创币    metellan    2012/01/11 不错的电路。辛苦了! MYLAR电容就是聚酯薄膜电容
+10  科创币    cccyl    2012/01/12 收藏了
+1  科创币    liulin411526    2012/01/13 不错
+1  科创币    布布卡    2012/01/21 我雅各布天梯用的此电路 功率550w 十分稳定 可长时间运行 1kw没试过 最高到了700w
+10  科创币    kcltxinshou    2012/01/30
+1  科创币    NoxTyrannus    2012/02/22 能给我解释下气隙的存在理由么?
+200  科创币    猎鹰    2012/03/27 作为开关电源版的斑猪,你真的性苦了
+1  科创币    yuyue3106    2012/03/28 学习了
来自:电气工程 / 高电压技术
35
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~~空空如也
szingenious
13年1个月前 IP:未同步
352304
我认为ZVS可以达到1000W以上的功率,但是在驱动控制上需要改进

1.改进功率管的驱动。经典的ZVS电路非常简单,但是功率管基极上的电压上升和下降沿并不陡峭。不陡峭的原因是这里的电压是谐振电压与电源电压的叠加值,谐振电压是一个正弦波,所以无法实现陡峭驱动波形。这样就意味着很多的功率损失。

2.改进能量调节控制。经典的ZVS电路,每个功率管有半个周期都是导通的,因此谐振电压越来越大,不利于功率调整。借小翠的第一个图来说明,Q2在Y点电压的正半周都是导通的,如果能够控制Q2在Y点电压正半周的一段里面导通,则可以实现能量调节。具体做法是用一个比较器,例如TL431检测Y点的电压,如果电压超过某值(比如说30V),TL431导通使Q2关闭。Q2只在Y点电压的正半周的一段时间内导通。谐振能量的强度得到抑制。
  不过貌似这种方法,Q2在Y点电压正半周会导通两次哈。不知道会不会影响谐振频率。
3.经典的ZVS电路还有个硬伤,如果Vcc是缓慢加载上来的话,两个功率管都会导通,电路不振荡,电流要多大有多大。有啥好办法没?
+10
科创币
悟空悟净
2012-01-31
高质量发帖
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任某人
13年1个月前 IP:未同步
352322
甚好~但是我觉得有一点鬼佬说的不对。。那两个电阻也起到分压作用。上高压时使用很讲究
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ry7740kptv
13年1个月前 IP:未同步
352356
你们都确定谐振频率只与变压器初级电感和谐振电容有关?与那个扼流圈无关?Joyeep似乎很早以前强调扼流圈也参与了谐振。。。
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奇侠
13年1个月前 IP:未同步
352365
K大叔做的已经超过1000w,调节初级和电容使得频率加大,这就可以直接驱动TC啦!还有,最近ZVS就又要爆发了,希望各位能够进行更加深入的研究。
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听我说瞎话
13年1个月前 IP:未同步
352376
今天搭了一个zvs得蓬就是上面那个电路
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改装pcp
13年1个月前 IP:未同步
352377
说白了就是一个推挽场管自激电路!跟以前的三极管推挽自激一样。一般的二三百瓦内很容易实现,超过了就得看技术了。
+1
科创币
NoxTyrannus
2012-02-22
ykk用大砖堆了一个高功率ZVS,在不惜工本的情况下,是没有难题的……
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爬行动物
13年1个月前 IP:未同步
352635
看看这个点击此处查看视频
更方便理解
+10
科创币
wanghailan9
2012-01-12
hao
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kcltxinshou
13年1个月前 IP:未同步
352941
Mylar电容就是金属化聚酯电容;
电容并不是越大越好。
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kcltxinshou
13年1个月前 IP:未同步
352942
前段时间研究ZVS,但迟迟没有做PCB,是因为想给他加装一个风扇驱动,由温度自动控制,采用PWM调速。已经试验成功,正在改进。
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kcltxinshou
13年1个月前 IP:未同步
352944
请教楼主,如果再加装功率控制,或输出电压控制,应该如何实现?
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金坷居士作者
13年1个月前 IP:未同步
353948
回 10楼(kcltxinshou) 的帖子
控制470电阻那里
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kcltxinshou
13年1个月前 IP:未同步
354190
还有一个曾经提过的问题:ZVS工作时,会严重影响电源(输入电压大小),请问如何解决?
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vocal@ルカ
13年1个月前 IP:未同步
354251
回 12楼(kcltxinshou) 的帖子
电压减低换大功率的
波形变质加退藕电容
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胡高手
13年1个月前 IP:未同步
356104
那个uf4007可不可以用in4007代替啊?
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金坷居士作者
13年1个月前 IP:未同步
356118
回 14楼(胡高手) 的帖子
用1N4007速度跟不上,会放花的.......
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mjc_423
13年1个月前 IP:未同步
356125
回 14楼(胡高手) 的帖子
带LZ回答下,不可以,1n4007是普通整流二极管,uf4007是快恢复二极管
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眼睛
12年11个月前 IP:未同步
380349
回 11楼(金坷居士) 的帖子
版主的意思是说控制470电阻前面的电压来控制功率吗?那就是控制电源电压咯~
还有译文里面说 470欧电阻用来限制MOS门极(G)的电流,防止损坏,为啥我怎么看470都像是稳压二极管的限流电阻。。。

话说,我刚开始接触高压,很多器件都没买齐呢,结果坛子里zvs退烧了。。。就像是那个电容充满电后把激情泄放干净了[s:275]
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kcltxinshou
12年11个月前 IP:未同步
380496
回 17楼(眼睛) 的帖子
我也认为470是稳压二极管的限流电阻。
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yuehan319
12年10个月前 IP:未同步
382091
虽然想同意LS的说法,但是470 ohm的功率电阻实际上能限制多少电流呢?
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1
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坚持and突破
12年10个月前 IP:未同步
384694
再仔细看看,470OHM的电阻除了限流之外还有一个做用就是隔离,当一个快速恢复把一个G极电位拉低时,如果没有那个470OHM的电阻会是什么情况?电源V会通过快速恢复D-线圈-MOS-地!!!这也正是那个470为什么用那么大功率的原因!
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眼睛
12年10个月前 IP:未同步
385202
这几天我用过各种方式调制过zvs电源,用494来PWM电源,用lm358控制Vds跟着音频走,当然也用过经典的直接从D拉一个电阻到G来耦合音频信号,发现音质都很烂,最好的音质就是最经典的那种,高音很不错,低音完全没有,multisim仿真的时候也发现20Hz进去之后G电压基本是平的
而且拉弧的距离也会影响谐振频率,拉长了会有固定频率的高音
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zxy-diy
11年6个月前 IP:未同步
551565
我用MKP咋烧了……330nF 275V AC的???
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knsu+rnx
11年6个月前 IP:未同步
551598
回 14楼(胡高手) 的帖子
1n4007适合低频整流,uf4007适合高频整流,用1n4007可能会炸
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落叶兄
11年6个月前 IP:未同步
551607
回 15楼(金坷居士) 的帖子
在一个时候会等效为一根导线,是什么时候来着??。。。
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张露瀚福利院
11年6个月前 IP:未同步
551921
非常好,非常感谢大家的幸苦,我是初学者,学到如此大功率的高频电路真的非常感谢.
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robbie
11年6个月前 IP:未同步
552078
回 24楼(落叶兄) 的帖子
反向恢复时间
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守候有多难
11年6个月前 IP:未同步
552756
电容仅仅是用来谐振么?也试过用CBB电容,结果……场管挂了!
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金坷居士作者
11年6个月前 IP:未同步
560896
回 27楼(守候有多难) 的帖子
谐振电流好大的说
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爱零遗爱
11年6个月前 IP:未同步
561068
楼猪你发的实物电路图好像有问题,起初我刚接触ZVS就是那张实物电路图硬是接了三四次,差点崩溃,原来是图有问题!
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0x3A2B
10年1个月前 IP:陕西
739643
自动涨姿势
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小杰谈笑无声
9年8个月前 IP:广东
770063
引用 爬行动物:
看看这个XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/v/Mx7gcHJeo9Q/&rpid=18931576&resourceId=18931576_04_05_24/v.swf
更方便理解
用的什么软件
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abc555
9年8个月前 IP:广东
770221
引用 小杰谈笑无声:
用的什么软件
有点像Everycircuit或者iCircuit

111.jpg 222.jpg
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小杰谈笑无声
9年8个月前 IP:广东
770440
谢谢
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小杰谈笑无声
9年8个月前 IP:广东
770447
引用 abc555:
有点像Everycircuit或者iCircuit
没有WIN版本的吗
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abc555
9年8个月前 IP:广东
770453
引用 小杰谈笑无声:
没有WIN版本的吗
用模拟器吧
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金坷居士
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2011/09/23注册,4个月6天前活动

怪哉!灵异的三极管电流流向! 这素一个在仿真的RCC电路,示波器上绿色的是集电极电流红色的是发射极电流。窝萌都知道发射姬电流素集电极电流和基极电流之和,所以讲道理发射极电流一定比集电极略大。可仿真结果刷了三观,Q1集电极电流一部分流经基极,然后流经Q2的C->E。

主体类型:个人
所属领域:无
认证方式:手机号
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