如大家所见,在爱好者圈子里,ZVS电路似乎被常常代指于以下电路图。
这张电路图在世界范围内的普遍性不言而喻,其特点为能利用区区12个元件。
在低压输入的情况下,输出超过KW级的正弦波,且能够在无复杂逻辑控制的情况下,实现零电压开关切换。
从而使得损耗非常小,并且由于漏感的存在,不怕输出负载短路。
且能够输出比变比更高的电压。
以上这些特点都当之无愧使这个电路风靡各大电子爱好论坛。
从最早的国外引进科创论坛高压版,到后来的电源网,数码之家等爱好者网站,如今在大大小小的设备上。
都能看到这个电路的影子。
但推挽电路本身性质的约束,以及ZVS电路对开关管耐压的要求,使得其并不常见于各种需要更大输出的电路中。
所以ZVS在高压爱好领域,似乎常常被用来拉电弧,或者作为SGTC的供电电源来使用。
但是似乎在ZVS电路发展的过程中,经常有人提出能否使用ZVS作为SSTC的供电电源来使用。
在我看来,应当是切实可行的。简单的列几个点出来
1:输出功率大,且为纯正弦,没有任何频谱能量浪费。
2:工作非常稳定,不容易烧毁,且自控追频。
3:各种改性电路的存在,也能够单端输出,减少了接线负担。
这几点其实都为ZVS成为SSTC的驱动源打下了基础,但是也存在着一下几点问题。
1:对谐振电容要求较高,且不易调频。
2:ZVS的输出阻抗非常低,但是SSTC的输出阻抗相对较高,没法利用完全功率。
[hr]既然有这么多好处,那么有没有人尝试用ZVS电路来驱动SSTC呢?怎么驱动呢?
当然有,让我们来看看国内外爱好是怎么做的。
这位cjk2老兄做的
Soda bottle SSTC项目于2006年。
图片转自XXXXXXX
可以看到线圈十分特别,绕在饮料瓶上,似乎很随意。
图片转自XXXXXXX
据这位老兄所述,次级线圈约为200T。初级线圈则使用2T+2T的方式缠绕。
在图片中可以看出,耦合度相对还是比较高的,目测可能有K0.3~0.35
看得出来似乎效果不错,但是也并不好,电弧长度和功率似乎都并不大,没有发挥出ZVS电路动辄几百W的功率。
再来看jake3085老兄做的
sstc idea尝试于2013年
他在帖子中给出了电路图,看起来是用ZVS的初级线圈直接耦合次级线圈。
图片转自XXXXXXX
并且似乎是现在很流行的双电感ZVS的方案,所以省去了一个中心抽头。
以下是效果图。
图片转自XXXXXXX
看电弧的大小,似乎真的比较尴尬。还比不上单管自激带来的功率输出。
完全没有发挥出ZVS的功率容量。这是为什么呢?
[hr]从功率输出的角度来解释一下,若有一个电动势为E,内阻为r的电源。
负载电阻大小为R。
那么这个电路的输出电流为I=E/(R+r)
P(R)=R*(E/(R+r))^2
这个表达式表达了输出功率的大小,这个表达式很容易看得出来是一个二元方程求最大解的问题。(雾)
则电路输出最大功率的时候,电路应当满足R=r的条件。
这也是最基本的阻抗匹配原理。
可以简单的知道,ZVS的输出阻抗即为LC谐振电路的阻抗大小。
不需要复杂的计算,也不需要精确的分析,当我们把ZVS驱动板当黑盒分析的时候。
已知某型ZVS驱动板,输入功率最大为24V@12A,那么其匹配阻抗可以认为是1Ω。
但是如果我们把ZVS初级线圈直接耦合到次级线圈会发生什么?
通过仿真电路可以得到,很多时候,输出阻抗远远大于这个量级。所以实际上相当于是用大马拉小车。
所以并不能发挥出全部功率。这也从定性的角度解释了为什么ZVS驱动SSTC的效果普遍存在功率弱的问题。
[hr]如何解决这个问题?
目前看来在工艺角度上,有两种比较喜闻乐见的解决方案。
1:设计高耦合电路,尽可能增加耦合度,并且仔细匹配初次级LC电路阻抗变换。
使得功率能够完全传递到电弧放电中。
2:使用阻抗变换变压器,直灌次级LC线圈。
以上两种方案,第一种实现起来可能有点困难,因为ZVS的输出阻抗小,且耐受电压低。
但是通过仔细设计还是能达到较好效果的。
根据一个未公布详细图纸的网友dillon于2015年的尝试。
这张效果图出自经典ZVS电路驱动。
据描述,初级线圈匝数为500+500T。谐振电容为50nF。
这个参数听起来比较唬人,但是考虑到耦合因子和次级线圈参数未知,不能轻率否认。
而第二种解决方案,和Tesla放大镜的设计方法比较相似。
但是至今未见过实例,猜测可能是由于变压器绕制工艺以及工作频率的问题,导致实施困难。
但是我觉得应该不至于完全无法实施。[hr]
想法很美好,现实很骨感。
用ZVS驱动SSTC这个想法到底能不能实现,效果好不好其实我心里也没底。
但是许多大家喜闻乐见的电路,都是要经过多少尝试和经验积累。最终理论分析定性定量才能流传于世。
而今天这个帖子为大家分享了一些国外爱好者的尝试和经验,希望能起到一个抛砖引玉的作用。
希望大家参与到其中来,提出自己宝贵的意见。有什么好的点子,想法可以跟帖提出。
如果发现确实不可实施,请提出自己的建议和意见,定性分析对于项目是否开始非常重要!
如果最终方案可实施性强的话,可以考虑申请资金来完成这个计划。
或者最后可以出众筹套件的形式回馈大家。
毕竟,能设计出几十V输入,仅用十几个元件,就能输出几KW连续电弧的电路。
这样的低成本与高性能,对我们来说,还是非常有诱惑力的![s::lol]
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