ZVS電路原理與設(shè)計(jì)

ZVS是什么，度娘查的為”零電壓開關(guān)(Zero Voltage Switch)“。即開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，其兩端的電壓已經(jīng)為0。這樣開關(guān)管的開關(guān)損耗可以降到最低。我們平時(shí)使用的電磁爐和LLC電源都是這種諧振電源，普通的充電器等都是硬開關(guān)的，比這種諧振電源損耗要大些。所以ZVS可以做到很高效率，但是有一個(gè)缺點(diǎn)，就是其調(diào)節(jié)范圍一般都比較窄。例如電磁爐，當(dāng)我們把功率調(diào)到比較大時(shí)，為持續(xù)加熱；當(dāng)功率調(diào)的較小時(shí)，就開始斷斷續(xù)續(xù)加熱，因?yàn)槟莻€(gè)時(shí)候已經(jīng)不能達(dá)到諧振狀態(tài)了。像我們普通充電器那種硬開關(guān)的電源，不管空載和滿載都是持續(xù)震蕩的。

初次看到ZVS電路，我驚呆了，兩個(gè)MOS管加幾個(gè)電阻電容就能組成諧振開關(guān)。真是佩服人民的想象力啊。

 

該電路只需要少量元件即可達(dá)到零電壓開關(guān)。功率有人做到2KW以上，幾百瓦的話兩個(gè)開關(guān)管只需加小型散熱器即可。

于是花了幾天時(shí)間對(duì)ZVS電路進(jìn)行了下深入研究，讓大家明白其工作原理。
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一、基本電路

現(xiàn)在我們來進(jìn)行分析其原理，首先使用proteus仿真電路進(jìn)行仿真。

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二、原理圖分析

1.      上電時(shí)L1通入的電流為零，電源通過R1、R2是Q1、Q 2導(dǎo)通，L1電流逐漸增加，由于兩個(gè)開關(guān)管特性差異，將導(dǎo)致流入兩個(gè)開關(guān)管的電流不同，假設(shè)Q1電流大于Q2電流，T1將產(chǎn)生b為正，a為負(fù)的感應(yīng)電壓，于是通過T1形成正反饋，使Q1導(dǎo)通，Q2截止。完成啟動(dòng)過程。

2.      （t0~t1時(shí)間）穩(wěn)態(tài)Q1導(dǎo)通時(shí)，由于上個(gè)周期T1電流為a到c，并且C 1兩端電壓為零。由于電流不能突變，T1電流將對(duì)C1充電，C1逐漸為a負(fù)c正的電壓，并且正弦變大，T1電流正弦變小。此時(shí)a電壓被Q1下拉到0V，所以C點(diǎn)電壓正弦變大，Q1柵極電壓被D3穩(wěn)壓管鉗位，Q1時(shí)鐘保持導(dǎo)通。

3.      （t1時(shí)間）當(dāng)T1中電流下降為零，其能量全部釋放到C1，此時(shí)C1電壓達(dá)到最大值。

4.      （t1~t2時(shí)間）C1開始通過T1由c到a放電，C1電壓即c點(diǎn)電壓正弦變小，T1電流由c到a正弦變大。

5.      （t2時(shí)間）當(dāng)C1能力基本放完時(shí)，c點(diǎn)電壓下降到MOS管閥值電壓左右，將通過D2使Q1進(jìn)入放大區(qū)。此時(shí)C1對(duì)T1繞組由c到a放電電流達(dá)到最大值。同時(shí)由于Q1進(jìn)入放大區(qū)，a點(diǎn)電壓逐漸上升，同時(shí)通過D1使Q2也進(jìn)入放大區(qū)。

6.      （t2時(shí)間）C1放電完畢，T1繞組由c到a電流達(dá)到最大值，將像C 1充電，使C1充電為a正c負(fù)的電壓，同時(shí)C1兩端電壓正弦變大。此時(shí)兩個(gè)MOS管同時(shí)進(jìn)入放大區(qū)。

7.      （圖3）由于T1對(duì)C1的持續(xù)充電，C1上電壓為a正c負(fù)，通過兩個(gè)二極管使Q2柵極電壓升高，Q1柵極逐漸下降，同時(shí)正反饋形成，Q2導(dǎo)通，Q1截止。

8.      Q2導(dǎo)通與Q1導(dǎo)通過程類似。

9.      L1電感值比T1大，整個(gè)震蕩周期中L1電流基本不變。震蕩過程中L1持續(xù)為LC振蕩器補(bǔ)充電能。

圖2 電路震蕩波形

圖3  Q2導(dǎo)通轉(zhuǎn)換為Q1導(dǎo)通期間波形

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圖4（t0~t1）Q1導(dǎo)通，T1電流對(duì)C1充電


圖5（t1）T1電流為0  C1兩端電壓達(dá)到最大值


圖6（t1~t2）C1對(duì)T1繞組放電

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當(dāng)C1電壓為0左右時(shí)，Q1關(guān)斷，Q2導(dǎo)通.

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以前玩的小經(jīng)驗(yàn)：

1，初級(jí)電路中的二極管都要使用快恢復(fù)，比如FR系列；

2，場(chǎng)管Vds耐壓要達(dá)到4倍的輸入電壓；

3，輸入電壓低于12V可省去穩(wěn)壓管（低于場(chǎng)館Vgs耐壓即可）；

4，諧振電容要用性能超好的，電磁爐諧振電容（1200v那種）為首選，或CDET脈沖/吸收電容等，容量可選在0.3uF到2uF之間，容量大可提高帶載能力；

5，變壓器很關(guān)鍵，初級(jí)電感量會(huì)影響整體頻率，同時(shí)磁芯開縫隙可提高帶載能力；

6，如果有輸出整流，必須使用快恢復(fù)二極管，頻率較高的話（比如超過50K）FR系列抗不住，可以換成HER或UF系列；

7，輸入電感要抗大電流，比較推薦鐵硅鋁磁環(huán)，至少100uH，電感量大可提高帶載能力。