ZVS电路实验--最新成果

摇滚铁心

此贴可以设为精华贴。

scu319hy

抄了个作业


锂电池电压4v，空载电流6.88mA。
铁硅铝磁环没有小的，找了个大号的(47x24x18)，双线并绕19圈，测量出来电感有400uH
谐振电容是个22n 1000v的CBB，MOS是bss138，G极电阻1K，两个二极管是1n4148

给磁环加了个几圈的副绕组，输出电压2Vpp，用来接负载。输出功率达到420mW时，效率有80%
短接副绕组后，电源电流只有50mA，比接负载电阻的130mA小很多

旁边的小磁环是以前网上买的高频(50~500MHz)低损耗铁粉芯。没有合适的漆包线，用了一段0.005x15的丝包线。测量出来电感约200uH
开始用这个小磁环测试，忘记安谐振电容，静态电流是120mA
接了个7.2n的CBB后，空载电流只有5.4mA，换成22n电容后空载电流是9.8mA
但输出功率达到200mW的时候，效率还不到70%

中间把两个二极管换成1n60后，静态电流变大0.1~0.2mA，效率下降了2%左右

期间还不小心碰到了G级电阻，导致电路停振，此时电流不到100mA，重新上电后恢复


感觉像用个重卡(大号磁环)运了个小包裹(输出400mW)

MF35_

scu319hy 发表于 2024-2-26 12:47
抄了个作业

不错不错，你的磁环比我的好多了

scu319hy

MF35_ 发表于 2024-2-26 16:22
不错不错，你的磁环比我的好多了

比你的磁环好倒不见得，但的确是大了好几倍
请教一下，那两个二极管换成了1n60为啥会性能下降呢？
还有，抽头上的扼流电感用多大的好呢？我测试过，用33uH的同尺寸环形电感比现在用的220uH环形电感的静态电流要大很多。
这个电感用哪种更适合呢？

MF35_

scu319hy 发表于 2024-2-26 19:02
比你的磁环好倒不见得，但的确是大了好几倍
请教一下，那两个二极管换成了1n60为啥会性能下降呢？
...

1N60压降比1N4148小，所以关断时，对应栅极电阻两端的电压就大一些，比如1N4148压降0.6V，你电源电压4V，关断时栅极电阻上的电压是3.4V，栅极电阻1k，因此电流是3.4mA（两管轮流关断，所以3.4mA是两管栅极电阻上的总电流），用1N60后，压降大约0.3V到0.4V，也就是栅极电阻两端的电压会高0.2V到0.3V，总电流高0.2到0.3mA。

中心抽头上的阻流电感，取变压器初级总电感的4倍以上，我的变压器初级总电感200uH，阻流电感用的1mH

scu319hy

MF35_ 发表于 2024-2-26 23:26
1N60压降比1N4148小，所以关断时，对应栅极电阻两端的电压就大一些，比如1N4148压降0.6V，你电源电压 ...

稍微调整了一下电路，把栅极驱动电阻R1/R2改大，然后并了一个MOS管，同时把D1/D2换成了肖特基二极管


当谐振电压高过M1/M2栅极电压一定值时，新加的M3/M4导通，以达到加快M1/M2导通速度的目的
这样既可以减少空载时R1/R2上的电流，又加快了M1/M2导通和关闭的速度，减少了高负载时在MOS管上的损耗

空载时，原电路的波形如下：


修改后波形如下：


可以看到，空载功耗从500多mW下降到了300多mW
R1/R2上的电流从14mA下降到了0.4mA左右，仅在M3/M4导通瞬间有个7mA多的瞬时电流
M1/M2栅极电压比原电路要陡峭很多

负载时，原电路的波形如下：


修改后波形如下：


修改后的转换效率从原来的94%上升到96%

不过这只是纸上空谈，不知道实际效果是怎么样。M3/M4也没有加保护措施。
电源电压比较低时M3/M4导通会比较困难，需要用开启电压低的MOS管才行。
模拟时在电容电感上设置的损耗很低，实际肯定要高很多。

MF35_

scu319hy 发表于 2024-2-28 13:16
稍微调整了一下电路，把栅极驱动电阻R1/R2改大，然后并了一个MOS管，同时把D1/D2换成了肖特基二极管


...

这个方法应该是可以的，我之前也考虑过这个方法，可能我的MOS管选的不对，结果很奇怪，然后就没弄了，因为我的电源只有3.6V，我栅极电阻用的2k，实际上两个栅极电阻总共也就消耗不到2mA电流，可以接受，我就懒得折腾了

科尼赛格CCXR

高手!你好!!我又来了!!!原来高手做升压电路是为了给手持仪器用。。。我手里有几个多年前我爸给我做的1.5升9 给数字万用表用的电路 不知是否适合你!有一个参数你一定很感兴趣!!这个电路 表关机后 电路不起振 电流为0 我试过 有的数字表开背光 大约60mA以上还能带动 再大还有多少潜力未知!
    由于没有电路图 也不知板上有个三管角的白色圆片儿是个什么东西 板正面图 三极管左边的是C9015 左边偏中间上面那个是D965 R10不知道是什么管子 以前在网上研究升压电路时无意间看到一个 小电流1.5升9升压图 是有个三极管基极是输出端的负极 估计就是这个原理使其关机后没有偏流 整个电路耗电为0!!
    如果高手有兴趣可以共同研究一下与重新刻画出电路图加以研究与制作!!只可惜现在板上的件还有我不认识的。。。估计我自行是研究不出来了！！哈哈哈哈。。。。。。

摇滚铁心

白圆片，三个引脚，古老的。大概率推出是个三极管

scu319hy

MF35_ 发表于 2024-2-28 20:09
这个方法应该是可以的，我之前也考虑过这个方法，可能我的MOS管选的不对，结果很奇怪，然后就没弄了， ...

花了点时间刀刻了个实验板，验证了一下改进后的电路。
栅极驱动电阻用的10K，两个二极管用的1n5819w

栅极/漏极波形看上去和仿真的一样完美

用22n谐振电容，电流是4mA，比之前的6.88mA，差不多就是把这两个电阻上的电流减掉了

用7n2谐振电容

用3n3谐振电容
后面还测试了47n电容，没拍照，电流是5mA多，但此时带负载的波形就好很多，只有轻微变形。
电容小到一定程度后，电流会快速上升

用不同电源测试，4v时电流4mA，7.5v时电流7.5mA，11.2v时电流15mA

考虑到MOS开关过程中RDSon的影响，我在输出管并了两个BSS138，把导通电阻降低到一半
可以观察到，空载电流下降了约0.1mA。如果用低Vgs低RDSon的大功率MOS，也许还能再降0.1mA?
在电源处并一个0.2uF的CBB，也可以观察到空载电流下降，及输出效率提升

输出能力测试
带同样的负载，波形明显变差，最高峰值变高了很多，估计是由于二段开启的原因，仿真波形里也能看到。
但用示波器测量的均方根电压来计算，输出功率变高了，同样的负载原来只有400mW，现在可以达到600mW。
计算出来输出效率达到90%以上，也不知道是不是示波器测量的有问题？

scu319hy

另外请教个问题。如果用这个电路做降压/升压的话，什么好办法控制输出电压啊？
从仿真来看，电路启动时的电流很大，并且达到稳定的时间要几十ms。用开关的方式控制输出应该会产生很多额外的损耗吧？

MF35_

scu319hy 发表于 2024-2-29 18:27
另外请教个问题。如果用这个电路做降压/升压的话，什么好办法控制输出电压啊？
从仿真来看，电路启动时的 ...

这东西控制输出电压不方便，因为它的谐振电压和电源电压的关系是固定的（空载时为3.14倍），所以要调节输出电压，只能通过改变电源电压来实现，有商品应用采用的就是这个方法，输出端电压采样后控制电源电压来使输出稳压。

启动电流大可能是你的阻流电感太小了，换大一点试试，至少1mH以上，并且阻流电感的饱和电流要足够

我仿真了用MOS代替电阻来开启驱动管，仿真结果显示效率略有提升，这个提升不是指栅极功耗的降低，而是接相同负载时，用MOS管控制开启的静态电流（阻流圈上的电流，不包含栅极电阻上的电流）要比用电阻开启时大概小4%到5%，但问题是栅极电压呈现明显的二段状态，这是二极管和MOS管之间不同步造成的

mashan2016

感谢分享，学习了一下。

科尼赛格CCXR

高手！在吗？你好！我又来了。。。。
      最近试了不少这个ZVS电路！发现莫名其妙烧管。。。你实验这个电路时烧过多少个管啊？我怀疑这个电路有点儿小问题 就是好象是每次关机时有几率烧毁某一臂的管。。。高手帮我分析一下 我怀疑是阻流圈关机一刻感应高压 把栅级和漏级击穿了。。。坏的管儿都是源漏长导通 但短路栅源还能关闭管子 栅源开路就导通。。。
     我烧了三到四个20V100A的管。。电源电压都2V多一点点 烧了第二个左右开始 加了栅源之间的过压保护措施也不行 用的三个白小发光管串联正级接栅负级接源 仍然烧场管 然后我怀疑到阻流圈关机时感应高压之后 把栅级偏压电阻接到阻流圈后面 就是阻流圈与二漏级电感的中心抽头处 好象不烧管了
     然后 这两天又用每臂四只小SOT23的20V的管 把栅级到另一漏级的二级管 换成18V稳压管 然后栅偏压电阻又尝试接到阻流圈前面 开关机几次之后 又烧了。。。然后测量稳压管没坏 拆小管儿时 运气比较好 4只并联中 拆下第一只 就是坏的 测另外三只没坏 这个就不好确定是管质量不好还是怎么回事了
     阻流圈我用的绿环绕了二三十圈左右就有3.8mH 漏级电感用的每臂10到30uH 用的黄白 铁硅铝 还有镍锌 感觉都还不错 差别不是特别大 感觉还是铁硅铝更好些 频率都20kHz左右 也试了一个几mH的大绿环做振荡电感 输出也差不太多 但频率只有400Hz 哈哈哈哈 蛮好玩的
     以上都2V电源电压 可以输出2瓦以上 挺好的 电源电流1.2到1.5A之间 负载4个1W LED并联 但电池电压不太足时 出现开机不起振 电流2.5A 得把负载断一下 起振之后在接上 才行 还有一种情况也不知道咋回事 刚接通电源不起振 电流2A多 过两三秒才起振 电流才降到正常 还有就是空载电压7.1V 尝试两个3V多的1W LED串联带不动。。能亮 电流很小 如果4个LED并联 输出2W多时 波型失真就比较大了 有点像前倾斜的三角波
      另外如你1楼所说 你的管子坏了 我怀疑不是电容大所导致的 我怀疑是之前关机时烧的 因为虽然管子电流不大 但承受瞬态电流能力还是比较大的 我使用安规最大1uF与胆石10uF电容尝试 发现没什么问题 反到是电容小了 输出就更接近方波了
      所以希望高手再帮忙分析下烧管子的原因 还有一个线索就是 之前坏的小管 用小电流电感与小电容的电路 坏的管也是漏源漏电比较大 用灯泡试的 栅级对源放电后的灯泡还有完全开启亮度的约三到四分之一亮度 持续几秒 管发热 慢慢的管又好了不漏电可以完全关闭了。。。不知还有哪些我想象不到的因素
      先感谢高手帮忙解答与提供技术支持啦 哈哈哈哈哈哈   

MF35_

科尼赛格CCXR 发表于 2024-3-30 22:39
高手！在吗？你好！我又来了。。。。
      最近试了不少这个ZVS电路！发现莫名其妙烧管。。。你实验这个 ...

没那么复杂，就是你管子耐压太低了而已，启动和关闭时漏极电压会比较高，所以管子耐压要足够