详解介绍zvs原理及如何自制zvs的升压电路图以及它的操作步骤
[摘要]

ZVS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%。接下来将详解介绍zvs原理及如何自制zvs的升压电路图以及它的操作步骤。

ZVS经典原理:

1. 上电瞬间,电源电压流经R1,R2,经过ZD1,ZD2稳压二极管钳位在12V后分别送入MOS1,MOS2的GS极,因此两个MOS管同时开通。

2. 因为元件参数的离散性(例如:MOS管GS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MOS管MOS2流过的电流稍大。即IL3》IL2。因为L2,L3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IL2,IL3之和。之前提到IL3》IL2,而且从抽头看去,IL2,IL3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,L2,L3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+L3与C1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12V,MOS2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0,MOS1的DS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12V,MOS1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0.7V,MOS2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1,3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。

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上传时间:2018/10/30