ZVS工作原理与制作[尤小翠翻译]

天狼晓月

原文地址:http://teravolt.org/zvs-driver/

ZVS

网友 尤小翠 翻译

本文将介绍的ZVS驱动器是-一种功率大、高效而且非常简单的振荡器。它通常被用于产生高频正弦波的场合比如冷阴极LCD灯箱驱动器或者其他用途。这里有一个简化版的ZVS。


当电源电压作用于V+，电流开始同时通过两侧的初级并施加到MOS的漏极（D）上。电压会同时出现在MOS的门极（G）上并开始将MOS开启。因为没有任何两个元件是完全一样的，一个MOS比另一个开的快一些，更多的电流将流过这个MOS。通过导通侧初级绕组的电流将另一侧MOS的门极电压拉低并开始关断它。图中电容和初级的电感发生LC谐振并使电压按正弦规律变化。如果没有这个电容，通过MOS的电流会一直增大，直到变压器饱和+MOS发生核爆炸......

假设Q1首先开启。当Z点电压跟着LC谐振的半个周期上升到峰值再回掉时，Y点电压会接近0。随着Z点电压下降到0，Q1的门极（G）电压消失，Q1关闭。同时Q2开启，此时Y点电压开始上升。Q2的导通把Z点电压拉低到接近地，这可以确保Q1完全关断。Q2完成LC振荡的半周后会重复同样的过程，此振荡器继续循环工作。为了防止本电路从电源拉取巨大的峰值电流而损坏，增加了L1在变压器抽头处和V+之间作为缓冲。LC阻抗限制着实际的电流（L1只是减少峰值电流，因为电感有续流作用吧）。

如果你眼够尖，会发现此振荡器是一个零电压开关电路（zero-voltage switching ZVS），这意味着MOS将在其两端电压为零时关断。这对MOS有好处，因为它允许MOS在承受应力比较低的时候进行开关动作，这意味着不再需要像硬开关变换器那样的巨大散热器，甚至当功率大到1KW时都可以这样！（我觉得悬......毕竟MOS有导通电阻......谁的ZVS能上1KW？！反正我没见过.....）[天狼晓月批注：以前网友做过1KW之类功率的......]

ZVS的振荡频率将由变压器初级的电感和跨接在初级两端的电容决定。可以用下列公式计算：

f = 1/2 * π * √(L * C)
f 频率，单位Hz
L 初级的电感，单位H（注意不是uH！1H=1000000uH！）
C 谐振雕塑的容量，单位F（注意不是uF!1F=1000000uF)

真实的MOS比较脆弱（汗= =   深有体会），如果门极（G）和源极（S）之间的电压超过正负30V，MOS会损坏。为了防止这种事情发生，我们需要门极（G）的保护措施；只是简单地增加几个额外的元件。如下图。



• 470欧电阻用来限制MOS门极（G）的电流，防止损坏。
• 10K电阻用于确保MOS可靠关断。
• 稳压二极管将MOS的门极（G）的电压限制在你选用的稳压二极管（12V、15V、18V）的击穿电压之内。
• 当一侧MOS导通时，UF4007将另一侧MOS的门极（G）电压拉低

值得注意的是，我们改用+V为MOS供电，使它们开启，并使用LC谐振部分通过快恢复二极管关断它们。这提高了整体电路的性能。

下面的实物图很好理解，我希望你喜欢：



因为LC震荡时的电压比输入电压高，所以你需要确认你的MOS可以承受这个电压。一个比较好的选择MOS方式，MOS的耐压要为4倍输入电压以上，IRFP250和更好的IRFP260很适合ZVS（我用IRF540也很好，但是输入不要超过20V，IRFZ48、IRF3205等管耐压过低不宜使用）。你需要为MOS添加散热器，但是不用特大。记住在安装散热器时一定要加绝缘垫（TO-247的IRFP250和IRFP260要加绝缘垫，TO-220的IRF540除了绝缘垫还要加绝缘帽！），因为MOS的散热器不是和引脚电学绝缘的（散热片和漏极是通的，我想但凡搞电子的都知道吧、）。那个谐振电容一定要用好的，MKP电容，云母电容，Mylar电容（这个不认识......）是很好的选择，千万不要用电解电容，会核爆炸的（嘿嘿  每人这么2吧）。两个初级绕组必须要同方向绕制，否则不工作。如果变压器没气隙，同样不会工作。（这......）