ZVS电路实验

mjzz123

多年前做过 点亮日光灯管用，电源用的12伏，

locky_z

MF35_ 发表于 2024-2-1 17:20
主要是我懒，LLC太麻烦了

其实也不算LLC，只是LC，利用次级LC谐振输出正弦波，元件的选用远比ZVS简单
变压器就是用普通220V输入端那种共模变压器，短接初级绕组，测次级的电感L（其实就是漏感）。
用1/2*pi*SQR(L*C3)算出C3和漏感L组成谐振频率。

变压器初级由uc3845 50%占空比低阻抗驱动，然后选择合适的R1，C1，使3845的"输出"振荡频率要小于等于上面算出来的谐振频率。
因为是OTL，有隔直流电容，所以不用考虑变压器饱和。
当然这个电路输出功率是有限，不过300mW肯定没有问题，作为测量电路的隔离电源足够了

当然你也可以在C3再串联一个L来调节谐振频率，此时就是LLC了。
这种电路很适合需要多个隔离电源场合，多个右边的电路并联，就可以输出多个独立的正弦电源。

MF35_

负载实验来了，之前静态电流30mA，仔细一看电源设置的4.5V，把电源电压降低到3.6V，一个标准锂电池的电压，静态电流变成了25mA（包含栅极驱动电流），然后在这个条件下进行负载测试

我很懒，所以随便饶了几圈当次级，空载输出电压大概1Vrms，做测试足够了，反正测负载多几圈儿少几圈儿无所谓
负载使用10个10欧电阻并联，这样方便切换不同的负载值，只需要剪掉几个电阻就行，反正一次性的，我只测一遍，懒


倒着来吧，我先试了10个电阻并联，也就是1欧姆负载，输出波形完全没法看，这个负载功率应该已经超过振荡回路的振荡功率了（根据L/C的比值和振荡频率，可以算出回路中的峰值电流，它决定最大输出功率），完全没意义了，所以就不上图了。

我们从8个电阻并联测，也就是1.25欧姆负载测起，可以看到波形依然很烂，依然超出最大功率，换换换


接下来是7个电阻并联（还没测呢就牺牲3个电阻了），可以看到幅度比8个电阻并联时要大一点点，但依然超功率，输出854mVrms，负载是10/7欧，负载功率510mW，3.6V电源输出247mA，功率890mW，效率57.3%，可见负载超出最大谐振功率的时候效率低的令人发指



然后再献祭一个电阻，这下波形好多了，好歹还算个正经波，输出836mVrms，负载10/6欧姆，负载功率420mW，电源输出156mA，功率561mW，效率74.8%，这下终于正常了



继续献祭电阻，这次是5个，波形没有变得更好，说明这是两臂不平衡导致的奇次谐波，不是负载问题，输出848mVrms，负载2欧姆，负载功率360mW，电源输出135mA，功率486mW，效率74%，下降了，这很正常，因为在允许功率内，负载功率越小，效率越低



继续搞，可怜的电阻就剩4个了，波形略微改善，这是负载对初级回路Q值的影响降低了，选频能力提高，输出865mVrms，负载2.5欧姆，负载功率300mW，电源输出115mA，功率414mW，效率72.5%，继续降低，符合理论



静态电流是25mA，包含栅极驱动电流，当栅极关断时，栅极相当于对地通过1N5819接地，压降0.25V，栅极驱动电阻470欧，因此栅极驱动电流为3.35V/470欧=7.13mA，当栅极开通时，3.6V电源通过470欧+4.7k电阻接地，电流3.6V/5.17k=0.7mA，所以栅极驱动需要大概8mA电流，这个可以通过优化改善到5mA以内，这样静态电流就是20mA左右，再对电感质量进行一下优化（我现在用的是铁粉芯，不容易饱和，但是损耗大），总静态电流有望优化到15mA以下，这样效率还可以继续提高，在接近满功率时应该能够达到80%（毕竟现在就74.8%），如果能达到80%的效率我觉得已经很不错了，毕竟硬开关的DCDC在小功率下也就80%出头的效率，而且还有难以解决的高频毛刺。

以上，给各位参考

MF35_

locky_z 发表于 2024-2-1 23:09
其实也不算LLC，只是LC，利用次级LC谐振输出正弦波，元件的选用远比ZVS简单
变压器就是用普通220V输 ...

这东西你测试了没，效率如何，300mW功率有点小了，我需要满载±15V稳压输出20mA电流，算上稳压器的压降，得±17V，这样就是680mW，我现在这个只能输出400多mW，还得优化，不过400多mW下有75%的效率，勉强可以吧

MF35_

岳耳 发表于 2024-2-1 15:58
楼主测过没，小功率输出的时候，效率大概多高？

效率测试已经更新，请参考

岳耳

MF35_ 发表于 2024-2-1 23:47
效率测试已经更新，请参考

多谢，抽空我也做个电路仔细测试一下。

科尼赛格CCXR

    哈哈哈哈 高手 看了你的电路图收获满满 但对MOS管研究太少 最近又对MOS管比较有兴趣 所以产生几个比较初级的小问题 D1 D2一定要加吗?不加会不工作 还是略微增加静态功耗?除了整流电路 其他电路我看到二极管就迷糊。。。R3 R4如果不加 直接把栅极接到正电源会有什么后果？可以工作吗？或是像三极管那样 把栅极都接到另一支管的漏极 也就是两个管的漏极相互控制另一管的栅极 能出现什么情况？ R1 R2是教材中说的泻放电阻吗？如果没有R1 R2 把R1 R2位置断路 是不是会出现管子无法关断？过段时间商场上班了打算买点低Vgs的MOS管 好好玩玩。。。谢谢高手帮忙解答较初级问题~~ 哈哈哈
    另外我也很喜欢61E 我也有一块 改装加了背光 我很喜欢背光 61E出厂都带背光板 但居然没有安装LED与背光功能。。。我记得61E好象是用电位器校准的 而且不容易跑 很不错

MF35_

科尼赛格CCXR 发表于 2024-2-7 00:42
哈哈哈哈 高手 看了你的电路图收获满满 但对MOS管研究太少 最近又对MOS管比较有兴趣 所以产生几个比较 ...

栅极通过电阻直接接到另一个漏极是可以的，但是因为电阻不是单向导通的，所以栅极就要等另一个漏极达到开启电压，这会降低开启速度，ZVS很很关键的一点就是，两管不能同时截至，如果开启的晚了，另一个漏极电压上升的时候是关断的，这会产生同时截至的死区，在死区内LC回路的感应电流会在漏极产生很高的电压尖峰（因为电流没出去了），可能击穿MOS管，即便不击穿，这个尖峰电压也会产生严重干扰，这就违背了ZVS的初衷。

两个二极管是为了加快关断速度，如果关断不够快，那么两管共同导通的时间就会增加，静态功耗会很高。R1和R2在正常工作时没有作用，栅极的电荷泄放是通过二极管实现的，但是当电路断电时，这两个电阻能够泄放残余电荷，所以是必要的

ZVS电路严格来说，必须存在一定的共同导通时间，但这个时间过大会产生静态功耗，但这个时间不能没有，没有的就有感应电压尖峰了，硬开关电源的开关脉冲，就是死区时间造成的，这也是硬开关干扰大的根本原因，脉冲的频谱很宽，难以通过滤波去除。

科尼赛格CCXR

MF35_ 发表于 2024-2-7 01:07
栅极通过电阻直接接到另一个漏极是可以的，但是因为电阻不是单向导通的，所以栅极就要等另一个漏极达到 ...

啊！！谢谢高手详细讲解 我又仔细研究与对比了一下 你这个ZVS电路与三极管的那个推挽（ROYER？） 看着相似 确完全不一样 你这个电路好象无法用三极管制作 只能用MOS管 高手第三段讲得太到位了 这个ZVS电路确实高大上 等搞到元器件一定得试试
  
    然后我还不太懂L3在此电路中起哪些作用？除了利用电感两端电流不能突变原理给电路续流 还有别的作用吗？如果换成大电解电容并入电源 利用电容两端电压不能突变的原理 会怎么样？能否起到L3的作用？嘿嘿 谢谢高手再传授我些学术~~

MF35_

科尼赛格CCXR 发表于 2024-2-7 05:04
啊！！谢谢高手详细讲解 我又仔细研究与对比了一下 你这个ZVS电路与三极管的那个推挽（ROYER？） 看着相 ...

ZVS和罗耶本质上是一样的，当然前提是它们都以正弦波输出，ZVS其实是一个概念，指“零电压开关”，不是这个电路的名称，但因为这个电路是利用了ZVS原理，而且又流传很广，所以习惯把它叫做ZVS电路了，本质上这个电路是罗耶的一个变种，严格来讲也是罗耶，只是罗耶一半用晶体管做说明，而晶体管是要用电流驱动的，因此不能按这样做，而是要单独引出一个或两个绕组来驱动。

那个大电感的作用是使供电特性类似恒流源，否则在开启瞬间电流会非常大，你也可以理解为它就是用来阻挡突变电流的，因此它可以阻挡LC回路中的能量损失，降低静态损耗。

当然不接也是可以工作的，只要你的电源输出功率足够大，能够一瞬间拉出正常情况下上百倍的电流，否则启动过程就会被打断，无法振荡。在小功率场合，提供百倍的电流不是问题，比如传统的推挽LC振荡电路，也存在启动瞬间静态电流大的问题，但它功率很小的，所以它就没有这个电感。而在大功率场合，后果就会很可怕了  

科尼赛格CCXR

MF35_ 发表于 2024-2-7 10:02
ZVS和罗耶本质上是一样的，当然前提是它们都以正弦波输出，ZVS其实是一个概念，指“零电压开关”，不是 ...

哈哈哈哈 谢谢高手~用电容适得其反了。。。今天我尝试了用三极管搭接类似你这个电路没成功 用了二极管与L3位置的电感 偏流电阻接正电源 没试与忘试接下偏流了 两个C极间用的两个色环电感 没成。。电路没工作。。。也不知道你这个ZVS电路俩漏极间用两个独立电感行不行 等买到管子试一下。。。以前试过推挽功放电路 没有输出变压器 用两个电阻接俩管C极 中心接正电源 输入信号响了 就是声音不大。。。哈哈哈哈 那罗耶类似的电路必须用绕组驱动基极？我在考虑小型化 不想用自己绕的电感了 体积太大 也不知道参数 成品电感都是两根线的 无中心抽头啥的。。。好迷茫啊。。。哈哈哈哈

MF35_

科尼赛格CCXR 发表于 2024-2-8 01:38
哈哈哈哈 谢谢高手~用电容适得其反了。。。今天我尝试了用三极管搭接类似你这个电路没成功 用了二极管与L ...

无中心抽头也是可以的，有中心抽头的时候扼流电感接在中心，无中心抽头时扼流电感用两个，分别接在电感两端，因为电感的Π模型（三角形接法）和T模型（星形接法是可以等效的）

科尼赛格CCXR

MF35_ 发表于 2024-2-13 16:09
无中心抽头也是可以的，有中心抽头的时候扼流电感接在中心，无中心抽头时扼流电感用两个，分别接在电感 ...

哈哈哈哈！高手~！我又来了~非常感谢~高手又传授我许多东西 貌似高手说的星形接发 只在发电场的发电机的绕组原理图见过 三角形接法好象在哪个三项电动机原理图见过 也好象没见过三角形接法 几乎没印象

     然后前两天我找到我居然以前买过几只低压场效应管 SI2302性能参数很不错~实验了你这个电路 估计是不知哪里没整对 和你这个一样的图 只缺少扼流电感 不起震 电源电压2V多 然后更换了电阻试了几个参数都不行 漏极电感用的色环两只 几十到几百uH都不行 不知是不是二极管不行 手头只有1N4007和FR307 HER308都没点亮。。。 最后我想了想 把二极管和栅极两种电阻都去掉 栅极直接用电容 偶合到另一只管的漏极 然后把俩漏极间的电容去掉 点亮了 带载能力也不行 如果加上两漏极间的电容 LED 亮度下降一倍。。。 不知为啥 不如单端带载能力强。。。然后三极管的电路也试验了 一次就点亮了 但带载也不行 基极驱动线圈也绕了 也不行。。。反正推挽的没搞成。。。
     我估计一个是电压太低 只有一级电路不行 而且好象两个独立电感和一个带中心抽头的电感是两回事 两种电路 两个独立电感不容易起震 而且就算搞起振也不如一个独立电感增益高 而且两个独立电感 由于之间没有磁场联系 好象振荡交替不好 有重合部分 另外我实验这几个推挽的 都振荡不稳定 频率总变 尤其刚通电 频率变化范围挺大 几秒后好象稍微稳点儿了 还小幅度在变 LED亮度有时也多多少少有亮暗变化 不知怎么回事。。。

     你上面说的三角形接法 对于这个电路可不可行？俩漏极间的电感要用中心抽头接电源或俩独立电感接成类似带中心抽头电感那样 电感是起负载作用 如果接成三角形接法 扼流电感岂不是成了管子的负载？那振荡岂不是呈现在扼流电感上？俩漏极间的电感的参数在电路中起的作用会不会发生改变？比如等效于串或并联电感 对电路中电流大小的影响？我主要考虑的是交流这方面 因为扼流电感原本只起直流作用 俩漏极间的电感即起交流作用又起直流作用 但你上面说的把扼流电感用两个接到两个漏极上？这个由于扼流电感你前面说过需要电感量很大 如果作为呈现交流的负载 不知会是什么情况。。。嘿嘿~感谢高手再传授我点东西~

MF35_

科尼赛格CCXR 发表于 2024-2-15 06:39
哈哈哈哈！高手~！我又来了~非常感谢~高手又传授我许多东西 貌似高手说的星形接发 只在发电场的发电机的 ...

漏极电感不能用两只，而是同一只电感中心抽头，然后中心抽头接扼流电感

如果没有带抽头的电感，两个漏极接一只电感也行，但两个漏极要分别接一只扼流电感连接电源

电感不能用色环电感，饱和电流太小了，无法起振的，必须用饱和电流大的电感