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【风采汇】ZVS感应加热/拉弧
阅读: 530 |  回复: 5 楼层直达

2019/10/07 21:33:26
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f2441093019
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LV1
士兵

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QQ截图20160321155901   【第六届】我是工程师技术原创大赛 数万元奖品等您来



ZVS电路

简介:

零电压开关(ZVS)/零电流开关(ZCS)技术,或称软开关技术,小功率软开关电源效率可提高到80%~85%。(摘自 百度百科)

PWM开关电源按硬开关模式工作(/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)/零电流开关(ZCS)技术,或称软开关技术,小功率软开关电源效率可提高到80%~85%20世纪70年代谐振开关电源奠定了软开关技术的基础。随后新的软开关技术不断涌现,如准谐振(20世纪80年代中)全桥移相ZVS-PWM,恒频ZVS-PWM/ZCS-PWM(上世纪80年代末)ZVS-PWM有源嵌位;ZVT-PWM/ZCT-PWM(20世纪90年代初)全桥移相ZV-ZCS-PWM(20世纪90年代中)等。我国已将最新软开关技术应用于6kW通信电源中,效率达98%。(摘自 百度百科)

方案设计:

1. 上电瞬间,电源电压流经R1R2,经过ZD1ZD2稳压二极管钳位在12V后分别送入MOS1MOS2GS极,因此两个MOS管同时开通。

  2. 因为元件参数的离散性(例如:MOSGS钳位电压的离散性、MOS管本身跨导参数的离散性、变压器初级绕组不严格对称、走线长度差异等),导致两管DS电流在上电瞬间就不相同。假设下方的MOSMOS2流过的电流稍大。即IL3IL2。因为L2L3是在同一磁芯上绕制,本身存在磁耦合,所以,对磁芯的励磁电流为IL2IL3之和。之前提到IL3IL2,而且从抽头看去,IL2IL3的电流方向相反,所以对磁芯的励磁电流为Ip1=IL3-IL2。这样就可以等效为仅有L3线圈产生励磁作用(有一部分抵消掉L2的励磁)。明白这点以后,继续往下分析。

  3. 见图1,在上电瞬间,L2L3中的等效励磁电流Ip1用红色线条表示,因为具有相同的磁路,Ip1将在L2上产生一个互感电流,图中用蓝色线条表示,L2+L3C1构成并联谐振,这个互感电流的方向同IL2相反,如此正反馈造成的结果是IL2越来越小,最终可单纯看做只有L3参与励磁。

  4. 与此同时,B点电压升高,D1截止,C点电压保持12VMOS2继续保持开通。因为MOS2开通时VDS很小,A点近似接地,D2导通,将D点电位强行拉低至0.7V左右,MOS1失去VGS而截止。

  5. 随着时间推移,L3对磁芯的励磁最终达到磁饱和,大家注意,此时蓝色线条的电流因磁芯饱和失去互感刚好减到0MOS1DS上电压为零。而L3失去电感量而近似于一个仅几mΩ的纯电阻,瞬间大电流全部叠加在MOS2的导通电阻Ron上,使A点电位瞬间升高,D2截止,D点电位恢复至12VMOS1获得VGS而导通(在VDS=0的情况下导通,故称ZVS)。继而B点近似接地,C点电压降到0.7VMOS2截止,MOS1保持导通。当L2励磁达到饱和时电路状态再次发生翻转,重复第4过程。

  6. 整个过程中,翻转的时间由谐振电容C1的容量和L2+L3共同决定,因为有C1构成谐振,初级电压波形呈完美正弦波,谐波分量大大减小,漏感的影响不复存在,因此变比等于匝比。L1为扼流电感,利用电感电流的不可突变特性,保证磁饱和瞬间MOS管的DS极不会流过巨大浪涌而损坏。这也是为什么不接此电感或者感量太小时,电路空载电流会增大,而且MOS管发热严重的原因。

  因为利用了磁饱和原理,所以在磁芯工作在滞回线13象限的饱和临界点之间,磁芯的储能作用得以最大发挥,传递功率相当大。

  zvs升压电路图制作:

  zvs原装电路图

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实物电子元件连接图

  4节锂电池为14.8V,电流以最大1C的放电率来算为2.6A,功率理论可以做到38.48W(不包括损耗)。变压器按照14230来绕,不过不能带动某些负载如电动机等等,开关电源可以。

  注意稳压管一定要加,防止GE击穿。二极管用400V以上的,还有那个谐振电容一定要有好的,如安规系列,用普通涤纶的会烧爆。

  快恢复二极管一般用FR107

  电容器不用太贵的,用普通的电磁炉0.3uF电容两个并联就行了。

  UF4007FR307快得多,那个管子电流要求不是那么高。

  注意。这个逆变器输出是高频正弦波交流电。电动机无法运作。凡是用传统铁芯变压器的也一概不好使。日光灯如果用电子镇流器。请把里面的整流用4007FR107.节能灯同理。或者在外面用快恢复整流以后直接送进镇流器/节能灯。

  开关电源。考虑到内部整流管的能力,也不一定可以。能行的话给开关电源换快恢复。或者干脆外部整流以后送进去。

  想要带动电动机之类的需要50hz正弦波逆变器,那个就很很很复杂了。

  至于变压器。拆个高压包,在磁芯上面自己绕。初级多股线并绕6圈中间抽头也就是3+3.次级60左右[这个变压器参数12V输入标准。输入电压有变请自行计算。]。电容用安规电容。但是功率稍大就发热。可以考虑用电磁炉。

  注意初级不能开路,会烧管子的,在一个就是多准备些稳压管和快恢复,如果电容不好的话 击穿后容易烧稳压管和快恢复。

2019/10/09 09:52:32
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电源网-璐璐
电源币:1092 | 积分:80 主题帖:274 | 回复帖:1507
LV10
司令
期待更新哈~
2019/10/09 12:30:48
3
f2441093019
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LV1
士兵

视频1(感应加热): https://pan.baidu.com/s/1KbSFCC7xhp-7nwtjXwIqCA        可看见金属小盒子内的松香在3秒内便开始沸腾

视频2(放烟花):https://pan.baidu.com/s/1HMLma5e1HzWtl_6wquhx_w     变压器两端放置普通的跳线(此处用直插电阻上被用剩的线),可见金属燃烧

电路的中所选定的电容对拉出电弧的长度有一定影响,上面两个视频用的是黄色的MKP,下面的电路中用的是电磁炉电容,可见弧长变长

视频3(放更长的烟花):https://pan.baidu.com/s/11IYgmOtFSSgTIj0BlMNzEw   

视频4(拉更长的电弧):https://pan.baidu.com/s/1nU3mH_funKGSx_KcOPVGzw

2019/10/09 12:33:50
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f2441093019
电源币:0 | 积分:3 主题帖:1 | 回复帖:2
LV1
士兵

视频1(感应加热): https://pan.baidu.com/s/1KbSFCC7xhp-7nwtjXwIqCA        可看见金属小盒子内的松香在3秒内便开始沸腾

视频2(放烟花):https://pan.baidu.com/s/1HMLma5e1HzWtl_6wquhx_w     变压器两端放置普通的跳线(此处用直插电阻上被用剩的线),可见金属燃烧

电路的中所选定的电容对拉出电弧的长度有一定影响,上面两个视频用的是黄色的MKP,下面的电路中用的是电磁炉电容,可见弧长变长

视频3(放更长的烟花):https://pan.baidu.com/s/11IYgmOtFSSgTIj0BlMNzEw   

视频4(拉更长的电弧):https://pan.baidu.com/s/1nU3mH_funKGSx_KcOPVGzw

电路元器件以及电路图已在上面放出

这是我的pcb走线(请不要在意大面积敷铜)

HA$_PK[E8FWK2GZ{8MXYB4A

2019/10/16 09:38:49
6
添一代孕abc
电源币:0 | 积分:1 主题帖:0 | 回复帖:1
LV1
士兵
比较密集
2019/10/11 20:47:37
5
星空闪耀
电源币:131 | 积分:14 主题帖:2 | 回复帖:26
LV3
排长
学习了,谢谢
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