ZVS电路原理与设计

ZVS是什么，度娘查的为”零电压开关(Zero Voltage Switch)“。即开关管关断时，开关管导通时，其两端的电压已经为0。这样开关管的开关损耗可以降到最低。我们平时使用的电磁炉和LLC电源都是这种谐振电源，普通的充电器等都是硬开关的，比这种谐振电源损耗要大些。所以ZVS可以做到很高效率，但是有一个缺点，就是其调节范围一般都比较窄。例如电磁炉，当我们把功率调到比较大时，为持续加热；当功率调的较小时，就开始断断续续加热，因为那个时候已经不能达到谐振状态了。像我们普通充电器那种硬开关的电源，不管空载和满载都是持续震荡的。

初次看到ZVS电路，我惊呆了，两个MOS管加几个电阻电容就能组成谐振开关。真是佩服人民的想象力啊。

 

该电路只需要少量元件即可达到零电压开关。功率有人做到2KW以上，几百瓦的话两个开关管只需加小型散热器即可。

于是花了几天时间对ZVS电路进行了下深入研究，让大家明白其工作原理。
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一、基本电路

现在我们来进行分析其原理，首先使用proteus仿真电路进行仿真。

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二、原理图分析

1.      上电时L1通入的电流为零，电源通过R1、R2是Q1、Q 2导通，L1电流逐渐增加，由于两个开关管特性差异，将导致流入两个开关管的电流不同，假设Q1电流大于Q2电流，T1将产生b为正，a为负的感应电压，于是通过T1形成正反馈，使Q1导通，Q2截止。完成启动过程。

2.      （t0~t1时间）稳态Q1导通时，由于上个周期T1电流为a到c，并且C 1两端电压为零。由于电流不能突变，T1电流将对C1充电，C1逐渐为a负c正的电压，并且正弦变大，T1电流正弦变小。此时a电压被Q1下拉到0V，所以C点电压正弦变大，Q1栅极电压被D3稳压管钳位，Q1时钟保持导通。

3.      （t1时间）当T1中电流下降为零，其能量全部释放到C1，此时C1电压达到最大值。

4.      （t1~t2时间）C1开始通过T1由c到a放电，C1电压即c点电压正弦变小，T1电流由c到a正弦变大。

5.      （t2时间）当C1能力基本放完时，c点电压下降到MOS管阀值电压左右，将通过D2使Q1进入放大区。此时C1对T1绕组由c到a放电电流达到最大值。同时由于Q1进入放大区，a点电压逐渐上升，同时通过D1使Q2也进入放大区。

6.      （t2时间）C1放电完毕，T1绕组由c到a电流达到最大值，将像C 1充电，使C1充电为a正c负的电压，同时C1两端电压正弦变大。此时两个MOS管同时进入放大区。

7.      （图3）由于T1对C1的持续充电，C1上电压为a正c负，通过两个二极管使Q2栅极电压升高，Q1栅极逐渐下降，同时正反馈形成，Q2导通，Q1截止。

8.      Q2导通与Q1导通过程类似。

9.      L1电感值比T1大，整个震荡周期中L1电流基本不变。震荡过程中L1持续为LC振荡器补充电能。

图2 电路震荡波形

图3  Q2导通转换为Q1导通期间波形

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图4（t0~t1）Q1导通，T1电流对C1充电


图5（t1）T1电流为0  C1两端电压达到最大值


图6（t1~t2）C1对T1绕组放电

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当C1电压为0左右时，Q1关断，Q2导通.

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以前玩的小经验：

1，初级电路中的二极管都要使用快恢复，比如FR系列；

2，场管Vds耐压要达到4倍的输入电压；

3，输入电压低于12V可省去稳压管（低于场馆Vgs耐压即可）；

4，谐振电容要用性能超好的，电磁炉谐振电容（1200v那种）为首选，或CDET脉冲/吸收电容等，容量可选在0.3uF到2uF之间，容量大可提高带载能力；

5，变压器很关键，初级电感量会影响整体频率，同时磁芯开缝隙可提高带载能力；

6，如果有输出整流，必须使用快恢复二极管，频率较高的话（比如超过50K）FR系列抗不住，可以换成HER或UF系列；

7，输入电感要抗大电流，比较推荐铁硅铝磁环，至少100uH，电感量大可提高带载能力。