用ZVS驱动SSTC的可行性分析与讨论
rb-sama2016/04/11高电压技术 IP:湖北
如大家所见,在爱好者圈子里,ZVS电路似乎被常常代指于以下电路图。
b58f8c5494eef01fcbeb8f49e2fe9925bd317dbb.jpg

这张电路图在世界范围内的普遍性不言而喻,其特点为能利用区区12个元件。
在低压输入的情况下,输出超过KW级的正弦波,且能够在无复杂逻辑控制的情况下,实现零电压开关切换。
从而使得损耗非常小,并且由于漏感的存在,不怕输出负载短路。
且能够输出比变比更高的电压。

以上这些特点都当之无愧使这个电路风靡各大电子爱好论坛。
从最早的国外引进科创论坛高压版,到后来的电源网,数码之家等爱好者网站,如今在大大小小的设备上。
都能看到这个电路的影子。

但推挽电路本身性质的约束,以及ZVS电路对开关管耐压的要求,使得其并不常见于各种需要更大输出的电路中。
所以ZVS在高压爱好领域,似乎常常被用来拉电弧,或者作为SGTC的供电电源来使用。

但是似乎在ZVS电路发展的过程中,经常有人提出能否使用ZVS作为SSTC的供电电源来使用。
在我看来,应当是切实可行的。简单的列几个点出来
1:输出功率大,且为纯正弦,没有任何频谱能量浪费。
2:工作非常稳定,不容易烧毁,且自控追频。
3:各种改性电路的存在,也能够单端输出,减少了接线负担。
这几点其实都为ZVS成为SSTC的驱动源打下了基础,但是也存在着一下几点问题。
1:对谐振电容要求较高,且不易调频。
2:ZVS的输出阻抗非常低,但是SSTC的输出阻抗相对较高,没法利用完全功率。

[hr]既然有这么多好处,那么有没有人尝试用ZVS电路来驱动SSTC呢?怎么驱动呢?
当然有,让我们来看看国内外爱好是怎么做的。
这位cjk2老兄做的Soda bottle SSTC项目于2006年。
1142732006_51_FT0_sbc1.jpg
图片转自XXXXXXX
可以看到线圈十分特别,绕在饮料瓶上,似乎很随意。
1142732006_51_FT0_sbc2.jpg
图片转自XXXXXXX
据这位老兄所述,次级线圈约为200T。初级线圈则使用2T+2T的方式缠绕。
在图片中可以看出,耦合度相对还是比较高的,目测可能有K0.3~0.35
看得出来似乎效果不错,但是也并不好,电弧长度和功率似乎都并不大,没有发挥出ZVS电路动辄几百W的功率。

再来看jake3085老兄做的sstc idea尝试于2013年
他在帖子中给出了电路图,看起来是用ZVS的初级线圈直接耦合次级线圈。
1367251018_4800_FT0_mazzilli_zvs_flyback_driver.png
图片转自XXXXXXX
并且似乎是现在很流行的双电感ZVS的方案,所以省去了一个中心抽头。
以下是效果图。
1367251104_4800_FT0_img_0558_.png
图片转自XXXXXXX
看电弧的大小,似乎真的比较尴尬。还比不上单管自激带来的功率输出。
完全没有发挥出ZVS的功率容量。这是为什么呢?
[hr]从功率输出的角度来解释一下,若有一个电动势为E,内阻为r的电源。
负载电阻大小为R。
那么这个电路的输出电流为I=E/(R+r)
P(R)=R*(E/(R+r))^2
这个表达式表达了输出功率的大小,这个表达式很容易看得出来是一个二元方程求最大解的问题。(雾)
则电路输出最大功率的时候,电路应当满足R=r的条件。
这也是最基本的阻抗匹配原理。

可以简单的知道,ZVS的输出阻抗即为LC谐振电路的阻抗大小。
不需要复杂的计算,也不需要精确的分析,当我们把ZVS驱动板当黑盒分析的时候。
已知某型ZVS驱动板,输入功率最大为24V@12A,那么其匹配阻抗可以认为是1Ω。

但是如果我们把ZVS初级线圈直接耦合到次级线圈会发生什么?
通过仿真电路可以得到,很多时候,输出阻抗远远大于这个量级。所以实际上相当于是用大马拉小车。
所以并不能发挥出全部功率。这也从定性的角度解释了为什么ZVS驱动SSTC的效果普遍存在功率弱的问题。
[hr]如何解决这个问题?
目前看来在工艺角度上,有两种比较喜闻乐见的解决方案。
1:设计高耦合电路,尽可能增加耦合度,并且仔细匹配初次级LC电路阻抗变换。
使得功率能够完全传递到电弧放电中。
2:使用阻抗变换变压器,直灌次级LC线圈。
以上两种方案,第一种实现起来可能有点困难,因为ZVS的输出阻抗小,且耐受电压低。
但是通过仔细设计还是能达到较好效果的。
根据一个未公布详细图纸的网友dillon于2015年的尝试。
这张效果图出自经典ZVS电路驱动。
1431882167_54416_FT100035_2inch_.jpg

据描述,初级线圈匝数为500+500T。谐振电容为50nF。
这个参数听起来比较唬人,但是考虑到耦合因子和次级线圈参数未知,不能轻率否认。
而第二种解决方案,和Tesla放大镜的设计方法比较相似。
但是至今未见过实例,猜测可能是由于变压器绕制工艺以及工作频率的问题,导致实施困难。
但是我觉得应该不至于完全无法实施。[hr]
想法很美好,现实很骨感。
用ZVS驱动SSTC这个想法到底能不能实现,效果好不好其实我心里也没底。

但是许多大家喜闻乐见的电路,都是要经过多少尝试和经验积累。最终理论分析定性定量才能流传于世。
而今天这个帖子为大家分享了一些国外爱好者的尝试和经验,希望能起到一个抛砖引玉的作用。

希望大家参与到其中来,提出自己宝贵的意见。有什么好的点子,想法可以跟帖提出。
如果发现确实不可实施,请提出自己的建议和意见,定性分析对于项目是否开始非常重要!

如果最终方案可实施性强的话,可以考虑申请资金来完成这个计划。
或者最后可以出众筹套件的形式回馈大家。

毕竟,能设计出几十V输入,仅用十几个元件,就能输出几KW连续电弧的电路。
这样的低成本与高性能,对我们来说,还是非常有诱惑力的![s::lol]
来自:电气工程 / 高电压技术动手实践:实验报导严肃内容:专著/论述
6
 
已屏蔽 原因:{{ notice.reason }}已屏蔽
{{notice.noticeContent}}
~~空空如也
秃废
8年8个月前 IP:广西
815899
一个是高频TC,一个是QCW。。。。。。。。。
。。。
高频下ZVS的DS极波形你知道是什么样吗?用zvs搞sstc还不如去用zvs搞SGTC。
我敢保证用zvs去玩sstc绝逼炸管。
希望你能发点有技术的帖子。这个zvs吧有人试过了。炸了[s::o]
引用
评论
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
coil
8年8个月前 IP:北京
815907
之前我也尝试过用ZVS来驱动SSTC,用的是增设阻抗匹配变压器的办法,遗憾的是一直没成功。
楼主这帖子让我有了再试一次的想法,这次打算先试试提高耦合度。
万事开头难,个人认为只要有严谨的计算肯定可以成功。
费了不少力气找到了“尘封”的“小蟋蟀”ZVS
QQ截图20160412142231.png
引用
评论
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
rb-sama作者
8年8个月前 IP:湖北
815918
引用 秃废:
一个是高频TC,一个是QCW。。。。。。。。。
。。。
高频下ZVS的DS极波形你知道是什么样吗?用zvs搞sstc还不如去用zvs搞SGTC。
我敢保证用zvs去玩sstc绝逼炸管。
希望你能发点有技术的帖子。这个zvs吧有人试过了。炸了
少年不要看到剑弧就说是QCW啊= =。这样会让人觉得你很草率。

这是这个帖子的回复XXXXXXXXXXXXXX/e107_plugins/forum/forum_XXXXXXXXXXXXp?100035.post
翻到13楼学习下。
i think zvs flyback driver topolgy is great for a tesla coil. i have 500 nanohenery+ 500 nanohenery primary with a 50 nano farad capacitor in parallel. I get 23" sword sparks from mine.
原文大意:我认为ZVS经典电路的拓扑结构用在特斯拉线圈是非常好的。我使用500nH+500nH的初级线圈和50nF的谐振电容获得了23Inch长度的剑弧。
(这里更正一下楼主位的,抱歉昨天没看清,是500nH不是500T)
1431882167_54416_FT100035_2inch_.jpg
如你所见,这是完全正宗ZVS电路出的效果。

为啥这么果断的说会炸管呢?基于推断还是基于资历?请给出具体论据呗。
没有的话就请仔细看文章啊!

实际上ZVS电路的变形结构用在上M频率的无线输电演示模型比比皆是,所以我认为频率绝不是限制其使用的因素。
引用
评论
1
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
rb-sama作者
8年8个月前 IP:湖北
815920
引用 coil:
之前我也尝试过用ZVS来驱动SSTC,用的是增设阻抗匹配变压器的办法,遗憾的是一直没成功。
楼主这帖子让我有了再试一次的想法,这次打算先试试提高耦合度。
万事开头难,个人认为只要有严谨的计算肯定可以成功。
费了不少力气找到了“尘封”的...
居然已经有高手先尝试了!如果可能的话,希望多分享一些实验过程的图片。
老兄用的方式是阻抗变换之后直接输入SSTC初级线圈。
还是直接输入SSTC次级线圈的方式呢?第二种方式要求可能低一点。


阻抗变换变压器从原则上将,漏感要尽可能小。尽可能谐振电感电容都是次级线圈的频率。
否则很可能导致频偏较大,导致谐振效果不好。


“小蟋蟀”做得很漂亮!赞一个
引用
评论
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
coil
8年8个月前 IP:北京
815936
之前尝试的并不是“特斯拉放大镜”,而是尝试直驱初级,结果就如同帖子里所说,耦合度极低,虽然次级能出弧,但是效果很差,关了灯勉强可以看到小蓝点,10cm内才能点亮氖泡。
233333“小蟋蟀”是做无线供电实验的时候做的,那会啥设备都没有,现在实验室可算是折腾出样子了。

不过我今天刚了解了特斯拉放大镜,感觉这是个很好的方向。谢谢楼主指点!
引用
评论
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
rb-sama作者
8年8个月前 IP:湖北
815938
引用 coil:
之前尝试的并不是“特斯拉放大镜”,而是尝试直驱初级,结果就如同帖子里所说,耦合度极低,虽然次级能出弧,但是效果很差,关了灯勉强可以看到小蓝点,10cm内才能点亮氖泡。
233333“小蟋蟀”是做无线供电实验的时候做的,那会啥设备都没有,现...
哦哦 明白了。
直接灌初级线圈的方式,我觉得途中影响的分布参数太多了。

我过段时间试验一下直灌[s::lol]
引用
评论
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论

想参与大家的讨论?现在就 登录 或者 注册

所属专业
所属分类
上级专业
同级专业
rb-sama
高压局 进士 老干部 学者 机友 笔友
文章
53
回复
1721
学术分
5
2010/05/02注册,3天2时前活动

曾是化学爱好者转到火箭爱好者最后变成电子爱好者的科创爱好者。

主体类型:个人
所属领域:无
认证方式:手机号
IP归属地:未同步
文件下载
加载中...
{{errorInfo}}
{{downloadWarning}}
你在 {{downloadTime}} 下载过当前文件。
文件名称:{{resource.defaultFile.name}}
下载次数:{{resource.hits}}
上传用户:{{uploader.username}}
所需积分:{{costScores}},{{holdScores}}下载当前附件免费{{description}}
积分不足,去充值
文件已丢失

当前账号的附件下载数量限制如下:
时段 个数
{{f.startingTime}}点 - {{f.endTime}}点 {{f.fileCount}}
视频暂不能访问,请登录试试
仅供内部学术交流或培训使用,请先保存到本地。本内容不代表科创观点,未经原作者同意,请勿转载。
音频暂不能访问,请登录试试
支持的图片格式:jpg, jpeg, png
插入公式
评论控制
加载中...
文号:{{pid}}
投诉或举报
加载中...
{{tip}}
请选择违规类型:
{{reason.type}}

空空如也

加载中...
详情
详情
推送到专栏从专栏移除
设为匿名取消匿名
查看作者
回复
只看作者
加入收藏取消收藏
收藏
取消收藏
折叠回复
置顶取消置顶
评学术分
鼓励
设为精选取消精选
管理提醒
编辑
通过审核
评论控制
退修或删除
历史版本
违规记录
投诉或举报
加入黑名单移除黑名单
查看IP
{{format('YYYY/MM/DD HH:mm:ss', toc)}}