(不知有没有人想过)发一个脑洞出来的全桥无抽头ZVS
之前一直在用双电感的那种无抽头ZVS,但众所周知它效率低,于是今天早晨突然想到做一个全桥的ZVS,希望能同时克服下效率问题。

于是就起床打开multisim,初步画出这个:

256663


虽然用了六个管子。。。不过上臂的栅极驱动管可以用小功率的

然后开机,这是输出波形(= - =)
256664


然后马上想到原因可能是上臂在导通的时候S极电位上升,导致VGS下降而重新关断的,于是在GS脚间接上示波器验证了下,图中橙色是上臂VGS。
256665


然后就想到给上臂GS间添加个正反馈,期间楼主用互感器啊运放啊什么的各种接都失败了,或者是做出来太复杂。。。

最后无奈翻书(教科书)(= - =)。。。刚翻到基础元件第一章的电容才想起来还有自举电容这回事!!!(= - =)

然后就加上了,波形perfect!

256667






这是最终版本(上臂的栅极驱动管已经换上了小功率的MOS管)

256668


完结(= - =)

[修改于 4 年前 - 2015-12-18 09:23:21]

来自 高电压技术
2015-12-18 09:04:25
1楼
感覺可以做實驗試試看!
但是六個管子……
我要存個錢先~
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2楼
这类想法曾经也有过,但—直没有抽空去付诸实验。
首先表态,咱最推崇就是这种类型的思维,这是在构建基本框架,实用意义将是广泛的。

但具体?细 节,还有待仔细 推敲。
主要是这个自举电容,容量大了会不会妨碍适用范围。

这个思路可以引出好多种不同的解决办法的。
比如前级用小功率晶体管或许更好。
比如不用自举,从主变上出2个付电源也不多复杂。
再比如只用四只功率晶体管有可能吗?
等等……


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laputa2112(作者)
3楼
引用 shsyfsh:
这类想法曾经也有过,但—直没有抽空去付诸实验。
首先表态,咱最推崇就是这种类型的思维,这是在构建基本框架,实用意义将是广泛的。

但具体?细 节,还有待仔细 推敲。
主要是这个自举电容,容量大了会不会妨碍适用范围。

这个思路可以引出好多种...
嗯,前级确实最好用小功率管,比如IRF3205或者更小的;在用自举电容前我试过从主变压器多加个绕组供出来做补偿,只是应该是没调好参数所以没出现象;只用四个晶体管就必须要设计一个悬浮驱动来推上臂,这就是我弱项了= - =
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4楼
总觉得这个10uF并在栅极上,怪怪的,自举也不该是这样的。
也许是你的频率用得低,又在正弦波下,对开关速度要求低,才让你通过的。
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5楼
回复沙发学生党:电路实验的费用几乎是最低的。珍贵的只是时间。
比如这个电路,你找几块同学扔掉的手机锂电,就可以把保护板上的mos拆下用,再找找报废的节能灯,磁芯三极管电阻电容印板全都有了,再把几个旧电芯并起来当单串锂电源,也能顶个3.7的好电源。充电也不会有问题。        最多电压低点,功率小点,但学习的机会差别并不大。你同样可以有机会创新。
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6楼
3205的阈值还是太高,要用手机电板上那种1V左右的mos才好,或者用普通三极管。 选用导通电压低的推动管,可以使主管获得尽量大的导通角。
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7楼
仔细想了下,你这个自举电容有问题。上端要攺接。

在R8上再串个不大于470欧的电阻,电容上端改接串联点才对。
就不会影响开关速度,也可以达到自举电压超过电源电压的目的。
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laputa2112(作者)
8楼
引用 shsyfsh:
总觉得这个10uF并在栅极上,怪怪的,自举也不该是这样的。
也许是你的频率用得低,又在正弦波下,对开关速度要求低,才让你通过的。
噢对了我在画电路的时候想到仿真下频率对现象的影响不会太大,所以没计算而是随意选了个谐振电容值。

我刚刚把电容值和初级的电感值改成经典值(680nF和100uF),

至于自举电容值,我感觉也直接取谐振电容的值应该就没什么问题。

然后仿真下波形正常,频率是大概20KHZ。


自举电容大小对波形的影响正在测试。
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laputa2112(作者)
9楼
引用 shsyfsh:
3205的阈值还是太高,要用手机电板上那种1V左右的mos才好,或者用普通三极管。 选用导通电压低的推动管,可以使主管获得尽量大的导通角。
get了。。。之前做课设用单片机推MOS时认识的3205,一直以为3205的阈值已经最小了,原来还有1V的。。。。。。
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laputa2112(作者)
10楼
引用 shsyfsh:
仔细想了下,你这个自举电容有问题。上端要攺接。

在R8上再串个不大于470欧的电阻,电容上端改接串联点才对。
就不会影响开关速度,也可以达到自举电压超过电源电压的目的。
学习了!!照着这接法连输出电压都提高了!!!正在找合适的阻值
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11楼
楼主做的这个实际上是一个BTL的自激正弦波震荡电路。
楼主可以用示波器把某个MOS管的栅极电压和漏源电压同时显示出来,你会发现都是正弦波。
还有,并联谐振型变换器必须用方波电流源激励;桥是方波电压源,是用来激励串联谐振型的
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12楼
不要问为什么不能用全桥来驱动并联谐振网络。
你把一个方波施加到一个电感并联一个电容的网络上,电容两端电压是不能突变的,事实上流过了近似无穷大的电流(在激励电压方波上升沿);

同理,如果你把ZVS那个电路里面的并联谐振网络改为串联谐振网络,也是无法工作的。一个方波电流源接到串联谐振上,电感电流不能突变,事实上电感两端出现了无穷大的电压(在激励电流方波上升沿)。

牢记:并联型谐振,要用电流源激励,用一个电感+开关管就能获得一个脉冲电流源;
串联谐振,要用电压源激励,这个简单,变压器,全桥,半桥,都是电压源。
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2015-12-19 01:02:18
laputa2112(作者)
13楼
引用 月下孤狼:
不要问为什么不能用全桥来驱动并联谐振网络。
你把一个方波施加到一个电感并联一个电容的网络上,电容两端电压是不能突变的,事实上流过了近似无穷大的电流(在激励电压方波上升沿);

同理,如果你把ZVS那个电路里面的并联谐振网络改为串联谐振网络,...
原来是这个意思(= - =)
之前没细想过串联谐振和并联谐振的关联,但是我当时顺手在桥的母线上串联了一个电感,这能算作电流源驱动吗?

另外我今天用示波器也发现了上臂GS极电位相同,也就是上臂压根没正常导通,后来根据shsyfsh说的情况正在构思一个悬浮驱动
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14楼
孤狼说的有道理,应该要注意这方面可能的失误。
记得以前电源论坛的大神cmg有说过在波形的左边驱动和右边驱动的区别。可控硅作开关和开关管的区别。
串联谐振和并联谐振的区别。
以上都得先弄清楚了。才可能游刃有余。

[修改于 4 年前 - 2015-12-19 15:51:24]

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15楼
继续补充自举电路。
増加的电阻是给自举电容充电的。(R8从此就改接在电容上了)。

这个电阻也可以攺成二极管。自举效果会更好。
但实用中也不必电压太高。
具体可以观察电容上的电压波形幅度和变化,再调整器件或修攺参数。
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16楼
记得曾经见过可控硅驱动的全桥简图。年代久了,不敢说是否记错。
你往感应加热的 方向去搜搜 。
感应加热功率大,早几十年前就有好几种高效的 软开关方案了,
利用当前的器件优势 ,借用曽经的成熟方案,整合出高效简洁的变换电路,是可能的。
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17楼
很标准的正玄波,做逆变器可以了
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18楼
抽空搜了    全桥感应加热电路图,得到的电路确实都是串联谐振。有部分图看起来初级沒串电容,但却串在了次级,就还是串联谐振。
这方面的基础在各种感应加热的书本或教程上会有,多找几本书看会更全面。

我空点也会找机会弄个明白。好几年前就有的愿望了。
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laputa2112(作者)
19楼
感谢shsyfsh和孤狼的指点,改进后的电路出来了(虽然看起来没太大改变(= - =))~~

256732




需要提一下的是,经过仿真实验我发现栅极驱动管需要满足俩条件:
VGS(on)要尽量小,以提高上臂的导通角;
DS耐压要足够大,因为自举电容会把D极电位抬高到大约(5/3)*VCC+15V,话说这里的(5/3)*VCC是我测算出来的,我也不知道为什么,求解释。。。


所以小封装的三极管是不能用了,最后我选用了IRF222,VGS(on)为3V左右,DS耐压200V。






最后这是波形,左边是输出波形,由于很难保证上下臂同时导通,所以存在一定的交越失真(能克服吗?)。右边是其中一侧桥臂的VGS。




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20楼
由于D8的介入,使R9只能对C2充电,而C2却无法通过R9对VCC放电,
再如果C2上耗电不多(比如栅极电阻取太大甚至沒有设 电阻),就会导致C2上的最高电压可能接近2倍的VCC。     原因是Q1和Q3的中点电位是在零和VCC之间波动。而C2又是有机会被充上近于VCC的电压,两者叠加时,会有使Q5承受近2倍VCC电压。
C2耗电不多时,不要用D8,可以让R9有机会放电。使自举电压别太高。
C2可以用大点。   宁可在再在栅极设放电电阻,对开关有好处。

另外(沒有细看,仅考参供):
1     你这个电路,如果撤去交流信号,好象直流无法平衡。
2  两个底边开关的阈值也太高。
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21楼
我想通了。    全桥是不可能达成并联谐振的。全桥方案只能放弃。
理由极简单,电路正常时,电感两端电压就不可能大于VCC  !  

但并联谐振的优点很多,依然值得想办法追求。
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laputa2112(作者)
22楼
引用 shsyfsh:
我想通了。    全桥是不可能达成并联谐振的。全桥方案只能放弃。
理由极简单,电路正常时,电感两端电压就不可能大于VCC  !  

但并联谐振的优点很多,依然值得想办法追求。
不会吧[s::funk:]。。。。。。但是我在仿真经典无抽头ZVS时测得初级电感两端确实大于VCC了啊
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2015-12-20 00:00:10
23楼
满足的条件是必须给无功留出空间。
即使是并联谐振,也必须在供电通道上串入无功元件。
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laputa2112(作者)
24楼
引用 shsyfsh:
满足的条件是必须给无功留出空间。
即使是并联谐振,也必须在供电通道上串入无功元件。
有的啊。。母线上串有一个电感。。
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25楼
哦,我把这个忽略了,容我重新再想想。     今天先休息。    晚安。
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26楼
才有空来看看,还来不及多想。反正这次咱自己把自己逼上了梁山,也不算坏亊,要不然,这个心愿很可能再拖上几年。    桥式成功的可能性还是不敢说,大多还是会有核心冲突的。 但就算不成功,也得真正理解消化,找出确凿的原因。

…………那个双电感单线圈的攺良电路,不能说效率低,但可以说损耗比原型双线圈推挽充电的损耗会大点。     究竟会多耗几个百分点。    这次也稍带确认下。

可能免不了搭电路,亲手实验了。

咱先认真去看看孤狼在说些什么,或许能找点启发。
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27楼
还是先把楼主的这个单电感桥式和那个双电感单线圈的改良电路作了对照。
发现双电感单线圈的改良电路并非无懈可击,确实有效率低的原因,主要是导通管的上端有电感也被直接导通了。会有附加的不必要的损耗。

而全桥电路恰恰避免了上述被电感分流的缺点。    
还有开关管虽然多用了,但耐压可减半(在高压应用时尤其重要)。
其余方面,全桥和双电感电路基本等效。
至少,我还看不出有什么本质区别。
那么,既然以前双电感能通过,现在全桥也应该能通过。

如果我疏忽了什么,还请高人,牛人,大神们指教。   先衷心的谢谢了!

我还是会抽空去 学习和完善相关的理论知识。
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2015-12-21 17:11:23
28楼
恭喜楼主!      去看看隔壁电力电子板块,--------可控硅是否可以用于开关电源?        其中有桥式并联谐振简图,并附带文字介绍。

现在,你可以放心完善电路细节了。     我认为可以做到优于那个双电感的改良电路了 。
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2015-12-23 22:14:46
2015-12-23 22:14:46
laputa2112(作者)
29楼
引用 shsyfsh:
恭喜楼主!      去看看隔壁电力电子板块,--------可控硅是否可以用于开关电源?        其中有桥式并联谐振简图,并附带文字介绍。

现在,你可以放心完善电路细节了。     我认为可以做到优于那个双电感的改良电路了 。
嗯,看到了谢谢!~仔细想想我们这些业余爱好者整天捣鼓的居然是人家几十年前的技术,总觉得有点悲剧。。。
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