关于经典自激式ZVS电路的改进完善理论
0x000000002019/01/06高电压技术 IP:陕西

前言:
       什么是ZVS?ZVS,即Zero Voltage Switching的首字母缩写,代表一种技术。ZVS有什么用?PWM开关电源按硬开关模式工作(开/关过程中电压下降/上升和电流上升/下降波形有交叠),因而开关损耗大。高频化虽可以缩小体积重量,但开关损耗却更大了。为此,必须研究开关电压/电流波形不交叠的技术,即所谓零电压开关(ZVS),或称软开关技术。<strike></strike>

经典经典自激式ZVS电路的分析:
       这个电路创立者不知何许人也,然而它简单又实用的形象以深入人心。在需要高频正弦波且对大功率和相应效率没有太高要求,也不需要闭环控制调节电压或者实现保护等等高级要求时,它毫无疑问最为适合。但是,这个电路尚有缺陷。
       分析电路不难发现,传统的ZVS自激电路是依靠电阻上拉实现MOSFET开启和另一侧MOSFET下拉及谐振环路反电势共同作用实现关断的。上拉电阻和栅极电容在阶跃电压激励下栅极电压变化为指数过程,MOSFET的开启速度比较慢,线性区时间长,开启损耗较大;关断时首先环路反电势通过二极管缓慢下拉栅极电位,同时另一侧MOSFET在上拉电阻和反电势作用下实现开启,两者一同作用于该侧MOSFET使其关断。由于关断动作首先由环路反电势发起,而反电势的变化为正弦函数,变化慢,如果负载比较重,反电势会变小使得另一侧/MOSFET开启变慢,本侧关断速度也变慢,而且由于另一侧DS电流变大压降也变大,本侧下拉电平不为0关断不彻底,导致更大关断损耗。

改进型自激式ZVS电路设想:
       在改进型电路中,使用栅极驱动器或者双极性射极输出器来驱动MOSFET,保证足够陡峭的上升下降沿。使用附加绕组反馈,避免直接接触谐振环路以免被其中的直流分量干扰。比较器的加入使得零点跟踪更准确。使用启动电路,使得电路0+时刻状态唯一确定,避免使用原件参数差异导致的竞争来确立电路初始状态。通过以上改进,在大功率下,即使反馈信号变弱,比较器也依然可以凭借极高的开环增益准确捕捉波形的零点,并在合适时刻控制栅极驱动电路使得MOSFET可靠的进行开关动作,大大提高了重负载下的效率。用MUltisim14对设计的电路进行仿真得到以下结果:

       可以看出,该电路零点跟踪能力较强,在谐振环路电压过零时,比较器立刻翻转,改变MOSFET状态。由于反馈信号和比较驱动电路的固有延迟所致,稍有误差。但基本实现了ZVS的工作状态。

99_1945833_38d41376cd79b40.png

 这是该电路的仿真文件:

attachment icon Design2.ms14 3.09MB MS14 252次下载

 

来自:电气工程 / 高电压技术严肃内容:专著/论述
12
 
已屏蔽 原因:{{ notice.reason }}已屏蔽
{{notice.noticeContent}}
~~空空如也
0x00000000 作者
5年3个月前 修改于 5年3个月前 IP:陕西
853439

改进型ZVS电路实现PWM的设想:
       由电磁炉的同步振荡电路得到启示,尝试将PWM实现核心电路加入其中,得到了如下电路。其中,使用电流源对电容进行充电,当零点比较器输出低电平时,电容通过电流源充电,脉宽比较器的反向输入端呈现一固定斜率的上升电压,当该电压小于其正相输入的电压时,脉宽比较器输出高电平,MOSFET导通,当该电压大于其正向输入电压时,比较器输出低电平,MOSFET截至。通过改变正向输入电压即可改变MOSFET的导通时间,即实现了PWM调制。MOSFET的最大导通时间还受零点比较器的限制,使其不会超过1/2环路谐振周期。在零点比较器的一端还设有低阻复位电路,当零点比较器输出高电平时,电容快速放电,为下一次线性锯齿波发生做准备。PWM的加入也带来了额外的好处,当电路意外停振时,MOSFET的最大导通时间会受到PWM发生部分的限制,使其不会一直导通下去,由此保护了MOSFET。该电路的仿真如下:

        可以看出,在保持了ZVS的工作条件下,实现了PWM调制。

1‘.png

 

1''.png

 

1.png

 仿真文件:

attachment icon Design3.ms14 2.27MB MS14 133次下载

 


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
0x00000000作者
5年3个月前 IP:陕西
853441

结论:

       对经典自激式ZVS电路的改进完善后,使得该电路具有了更大价值。由于可以非常容易地进行线性功率调制,所以可以使其驱动高压包并在PWM比较器正向输入端送入音频信号以实现等离子扬声器;或是加入整流电路,基准,电压采样及放大电路,可以构成开关电源,等等。在此希望各位不要重复造轮子,在对经典电路的多次实践中不妨提出新认识,并尝试将其放入新的实践中检验,以获得发展。

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
0x00000000作者
5年3个月前 修改于 5年3个月前 IP:陕西
853444
引用三水合番发表于3楼的内容
PWM的时候也没实现ZVS啊……

只能说一半实现的ZVS,或者说软开硬关,所以需要足够的关断速度来抵御关断损耗。毕竟调脉宽和ZVS在这里是矛盾的,一个要求随时关断,另一个要求合适时间点关断。不过这在电磁炉中也一样。不过只要把脉宽设置为50%,MOSFET的动作就完全由零点比较控制了,这样就是完全ZVS了。

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
0x00000000作者
5年3个月前 IP:陕西
853449

这是其单端形式,就是电磁炉电路,简单些,一般带高压包半波整流够了吧:

Capture.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
0x00000000作者
5年3个月前 IP:陕西
853450

对了,单端应用时,由于负载不连续,所以扼流电感能量直接释放产生高频振荡,并引发极高的尖峰。

仿真中发现对扼流电感使用磁复位电路回授能量到电源,还是没有办法解决这个问题。除非在MOSFET的DS处并联RC吸收电路,才可立竿见影地解决这个问题。不过随后又发现吸收电路功耗比较大。😂

所以有什么办法吗。

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
0x00000000
进士 学者 机友 笔友
文章
75
回复
758
学术分
1
2013/07/27注册,1个月11天前活动
暂无简介
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)}}