ZVS電路原理與設計

ZVS是什么，度娘查的為”零電壓開關(Zero Voltage Switch)“。即開關管關斷時，開關管導通時，其兩端的電壓已經為0。這樣開關管的開關損耗可以降到最低。我們平時使用的電磁爐和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，但是有一個缺點，就是其調節范圍一般都比較窄。例如電磁爐，當我們把功率調到比較大時，為持續加熱；當功率調的較小時，就開始斷斷續續加熱，因為那個時候已經不能達到諧振狀態了。像我們普通充電器那種硬開關的電源，不管空載和滿載都是持續震蕩的。

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

 

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

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

現在我們來進行分析其原理，首先使用proteus仿真電路進行仿真。

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二、原理圖分析

1.      上電時L1通入的電流為零，電源通過R1、R2是Q1、Q 2導通，L1電流逐漸增加，由于兩個開關管特性差異，將導致流入兩個開關管的電流不同，假設Q1電流大于Q2電流，T1將產生b為正，a為負的感應電壓，于是通過T1形成正反饋，使Q1導通，Q2截止。完成啟動過程。

2.      （t0~t1時間）穩態Q1導通時，由于上個周期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C1充電，C1逐漸為a負c正的電壓，并且正弦變大，T1電流正弦變小。此時a電壓被Q1下拉到0V，所以C點電壓正弦變大，Q1柵極電壓被D3穩壓管鉗位，Q1時鐘保持導通。

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

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

5.      （t2時間）當C1能力基本放完時，c點電壓下降到MOS管閥值電壓左右，將通過D2使Q1進入放大區。此時C1對T1繞組由c到a放電電流達到最大值。同時由于Q1進入放大區，a點電壓逐漸上升，同時通過D1使Q2也進入放大區。

6.      （t2時間）C1放電完畢，T1繞組由c到a電流達到最大值，將像C 1充電，使C1充電為a正c負的電壓，同時C1兩端電壓正弦變大。此時兩個MOS管同時進入放大區。

7.      （圖3）由于T1對C1的持續充電，C1上電壓為a正c負，通過兩個二極管使Q2柵極電壓升高，Q1柵極逐漸下降，同時正反饋形成，Q2導通，Q1截止。

8.      Q2導通與Q1導通過程類似。

9.      L1電感值比T1大，整個震蕩周期中L1電流基本不變。震蕩過程中L1持續為LC振蕩器補充電能。

圖2 電路震蕩波形

圖3  Q2導通轉換為Q1導通期間波形

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圖4（t0~t1）Q1導通，T1電流對C1充電


圖5（t1）T1電流為0  C1兩端電壓達到最大值


圖6（t1~t2）C1對T1繞組放電

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當C1電壓為0左右時，Q1關斷，Q2導通.

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以前玩的小經驗：

1，初級電路中的二極管都要使用快恢復，比如FR系列；

2，場管Vds耐壓要達到4倍的輸入電壓；

3，輸入電壓低于12V可省去穩壓管（低于場館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，變壓器很關鍵，初級電感量會影響整體頻率，同時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，至少100uH，電感量大可提高帶載能力。