ZVS 即所谓零电压开关(ZVS)/零电流开关(ZCS)技术,或称软开关技术,
小功率软开关电源效率可提高到 80%~85%。接下来将详解介绍 zvs 原理及如何
自制 zvs 的升压电路图以及它的操作步骤。
ZVS 经典原理:
1. 上电瞬间,电源电压流经 R1,R2,经过 ZD1,ZD2 稳压二极管钳位在
12V 后分别送入 MOS1,MOS2 的 GS 极,因此两个 MOS 管同时开通。
2. 因为元件参数的离散性(例如:MOS 管 GS 钳位电压的离散性、MOS
管本身跨导参数的离散性、变压器初级绕组不严格对称、走线长度差异等),导
致两管 DS 电流在上电瞬间就不相同。假设下方的 MOS 管 MOS2 流过的电流
稍大。即 IL3》IL2。因为 L2,L3 是在同一磁芯上绕制,本身存在磁耦合,所以,
对磁芯的励磁电流为 IL2,IL3 之和。之前提到 IL3》IL2,而且从抽头看去,IL2,
IL3 的电流方向相反,所以对磁芯的励磁电流为 Ip1=IL3-IL2。这样就可以等效
为仅有 L3 线圈产生励磁作用(有一部分抵消掉 L2 的励磁)。明白这点以后,
继续往下分析。
3. 见图 1,在上电瞬间,L2,L3 中的等效励磁电流 Ip1 用红色线条表示,
因为具有相同的磁路,Ip1 将在 L2 上产生一个互感电流,图中用蓝色线条表示,
L2+L3 与 C1 构成并联谐振,这个互感电流的方向同 IL2 相反,如此正反馈造成
的结果是 IL2 越来越小,最终可单纯看做只有 L3 参与励磁。
4. 与此同时,B 点电压升高,D1 截止,C 点电压保持 12V,MOS2 继续保
持开通。因为 MOS2 开通时 VDS 很小,A 点近似接地,D2 导通,将 D 点电位
强行拉低至 0.7V 左右,MOS1 失去 VGS 而截止。
5. 随着时间推移,L3 对磁芯的励磁最终达到磁饱和,大家注意,此时蓝色
线条的电流因磁芯饱和失去互感刚好减到 0,MOS1 的 DS 上电压为零。而 L3
失去电感量而近似于一个仅几 mΩ的纯电阻,瞬间大电流全部叠加在 MOS2 的
导通电阻 Ron 上,使 A 点电位瞬间升高,D2 截止,D 点电位恢复至 12V,MOS1
获得 VGS 而导通(在 VDS=0 的情况下导通,故称 ZVS)。继而 B 点近似接地,
C 点电压降到 0.7V,MOS2 截止,MOS1 保持导通。当 L2 励磁达到饱和时电
路状态再次发生翻转,重复第 4 过程。
6. 整个过程中,翻转的时间由谐振电容 C1 的容量和 L2+L3 共同决定,因
为有 C1 构成谐振,初级电压波形呈完美正弦波,谐波分量大大减小,漏感的影
响不复存在,因此变比等于匝比。L1 为扼流电感,利用电感电流的不可突变特
性,保证磁饱和瞬间 MOS 管的 DS 极不会流过巨大浪涌而损坏。这也是为什么
不接此电感或者感量太小时,电路空载电流会增大,而且 MOS 管发热严重的原
因。
因为利用了磁饱和原理,所以在磁芯工作在滞回线 1,3 象限的饱和临界点
之间,磁芯的储能作用得以最大发挥,传递功率相当大。
zvs 升压电路图制作:
zvs 原装电路图
实物电子元件连接图
4 节锂电池为 14.8V,电流以最大 1C 的放电率来算为 2.6A,功率理论可以
做到 38.48W(不包括损耗)。变压器按照 14 比 230 来绕,不过不能带动某些
负载如电动机等等,开关电源可以。
注意稳压管一定要加,防止 GE 击穿。二极管用 400V 以上的,还有那个谐
振电容一定要有好的,如安规系列,用普通涤纶的会烧爆。
快恢复二极管一般用 FR107、
电容器不用太贵的,用普通的电磁炉 0.3uF 电容两个并联就行了。
UF4007 比 FR307 快得多,那个管子电流要求不是那么高。
注意。这个逆变器输出是高频正弦波交流电。电动机无法运作。凡是用传统
铁芯变压器的也一概不好使。日光灯如果用电子镇流器。请把里面的整流用 4007
换 FR107.节能灯同理。或者在外面用快恢复整流以后直接送进镇流器/节能灯。
开关电源。考虑到内部整流管的能力,也不一定可以。能行的话给开关电源
换快恢复。或者干脆外部整流以后送进去。
想要带动电动机之类的需要 50hz 正弦波逆变器,那个就很很很复杂了。
至于变压器。拆个高压包,在磁芯上面自己绕。初级多股线并绕 6 圈中间抽
头也就是 3+3.次级 60 左右[这个变压器参数 12V 输入标准。输入电压有变请
自行计算。]。电容用安规电容。但是功率稍大就发热。可以考虑用电磁炉。
注意初级不能开路,会烧管子的,在一个就是多准备些稳压管和快恢复,如
果电容不好的话 击穿后容易烧稳压管和快恢复。