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特斯拉線圈ZVS驅動電路原理

2015-07-01
關鍵詞: ZVS 特斯拉線圈

  本文將介紹的ZVS驅動器是-一種功率大、高效而且非常簡單的振蕩器。它通常被用于產生高頻正弦波的場合比如冷陰極LCD燈箱驅動器或者其他用途。這里有一個簡化版的ZVS。

圖片5.png

  當電源電壓作用于V+,電流開始同時通過兩側的初級并施加到MOS的漏極(D)上。電壓會同時出現在MOS的門極(G)上并開始將MOS開啟。因為沒有任何兩個元件是完全一樣的,一個MOS比另一個開的快一些,更多的電流將流過這個MOS。通過導通側初級繞組的電流將另一側MOS的門極電壓拉低并開始關斷它。圖中電容和初級的電感發生LC諧振并使電壓按正弦規律變化。如果沒有這個電容,通過MOS的電流會一直增大,直到變壓器飽和+MOS發生核爆炸......
  假設Q1首先開啟。當Z點電壓跟著LC諧振的半個周期上升到峰值再回掉時,Y點電壓會接近0。隨著Z點電壓下降到0,Q1的門極(G)電壓消失,Q1關閉。同時Q2開啟,此時Y點電壓開始上升。Q2的導通把Z點電壓拉低到接近地,這可以確保Q1完全關斷。Q2完成LC振蕩的半周后會重復同樣的過程,此振蕩器繼續循環工作。為了防止本電路從電源拉取巨大的峰值電流而損壞,增加了L1在變壓器抽頭處和V+之間作為緩沖。LC阻抗限制著實際的電流(L1只是減少峰值電流,因為電感有續流作用吧)。
  如果你眼夠尖,會發現此振蕩器是一個零電壓開關電路(zero-voltage switching ZVS),這意味著MOS將在其兩端電壓為零時關斷。這對MOS有好處,因為它允許MOS在承受應力比較低的時候進行開關動作,這意味著不再需要像硬開關變換器那樣的巨大散熱器,甚至當功率大到1KW時都可以這樣!(我覺得懸......畢竟MOS有導通電阻......誰的ZVS能上1KW?!反正我沒見過.....)
  ZVS的振蕩頻率將由變壓器初級的電感和跨接在初級兩端的電容決定。可以用下列公式計算:
  f = 1/2 * π * √(L * C)
  f 頻率,單位Hz
  L 初級的電感,單位H(注意不是uH!1H=1000000uH!)
  C 諧振雕塑的容量,單位F(注意不是uF!1F=1000000uF)
  真實的MOS比較脆弱(汗= = 深有體會),如果門極(G)和源極(S)之間的電壓超過正負30V,MOS會損壞。為了防止這種事情發生,我們需要門極(G)的保護措施;只是簡單地增加幾個額外的元件。如下圖。
  ? 470歐電阻用來限制MOS門極(G)的電流,防止損壞。
  ? 10K電阻用于確保MOS可靠關斷。
  ? 穩壓二極管將MOS的門極(G)的電壓限制在你選用的穩壓二極管(12V、15V、18V)的擊穿電壓之內。
  ? 當一側MOS導通時,UF4007將另一側MOS的門極(G)電壓拉低
  值得注意的是,我們改用+V為MOS供電,使它們開啟,并使用LC諧振部分通過快恢復二極管關斷它們。這提高了整體電路的性能。
  下面的實物圖很好理解,我希望你喜歡:
  因為LC震蕩時的電壓比輸入電壓高,所以你需要確認你的MOS可以承受這個電壓。一個比較好的選擇MOS方式,MOS的耐壓要為4倍輸入電壓以上,IRFP250和更好的IRFP260很適合ZVS(我用IRF540也很好,但是輸入不要超過20V,IRFZ48、IRF3205等管耐壓過低不宜使用)。你需要為MOS添加散熱器,但是不用特大。記住在安裝散熱器時一定要加絕緣墊(TO247的IRFP250和IRFP260要加絕緣墊,TO220的IRF540除了絕緣墊還要加絕緣帽!),因為MOS的散熱器不是和引腳不是電學絕緣的(散熱片和漏極是通的,我想但凡搞電子的都知道吧、)。那個諧振電容一定要用好的,MKP電容,云母電容,Mylar電容(這個不認識、、、)是很好的選擇(電磁爐電容最佳~~),千萬不要用電解電容,會核爆炸的(嘿嘿 每人這么2吧)。兩個初級繞組必須要同方向繞制,否則不工作。如果變壓器沒氣息,同樣不會工作。(這、、、)
  本文將介紹的ZVS驅動器是-一種功率大、高效而且非常簡單的振蕩器。它通常被用于產生高頻正弦波的場合比如冷陰極LCD燈箱驅動器或者其他用途。這里有一個簡化版的ZVS。
  當電源電壓作用于V+,電流開始同時通過兩側的初級并施加到MOS的漏極(D)上。電壓會同時出現在MOS的門極(G)上并開始將MOS開啟。因為沒有任何兩個元件是完全一樣的,一個MOS比另一個開的快一些,更多的電流將流過這個MOS。通過導通側初級繞組的電流將另一側MOS的門極電壓拉低并開始關斷它。圖中電容和初級的電感發生LC諧振并使電壓按正弦規律變化。如果沒有這個電容,通過MOS的電流會一直增大,直到變壓器飽和+MOS發生核爆炸......
  假設Q1首先開啟。當Z點電壓跟著LC諧振的半個周期上升到峰值再回掉時,Y點電壓會接近0。隨著Z點電壓下降到0,Q1的門極(G)電壓消失,Q1關閉。同時Q2開啟,此時Y點電壓開始上升。Q2的導通把Z點電壓拉低到接近地,這可以確保Q1完全關斷。Q2完成LC振蕩的半周后會重復同樣的過程,此振蕩器繼續循環工作。為了防止本電路從電源拉取巨大的峰值電流而損壞,增加了L1在變壓器抽頭處和V+之間作為緩沖。LC阻抗限制著實際的電流(L1只是減少峰值電流,因為電感有續流作用吧)。
  如果你眼夠尖,會發現此振蕩器是一個零電壓開關電路(zero-voltage switching ZVS),這意味著MOS將在其兩端電壓為零時關斷。這對MOS有好處,因為它允許MOS在承受應力比較低的時候進行開關動作,這意味著不再需要像硬開關變換器那樣的巨大散熱器,甚至當功率大到1KW時都可以這樣!(我覺得懸......畢竟MOS有導通電阻......誰的ZVS能上1KW?!反正我沒見過.....)
  ZVS的振蕩頻率將由變壓器初級的電感和跨接在初級兩端的電容決定。可以用下列公式計算:
  f = 1/2 * π * √(L * C)
  f 頻率,單位Hz
  L 初級的電感,單位H(注意不是uH!1H=1000000uH!)
  C 諧振雕塑的容量,單位F(注意不是uF!1F=1000000uF)
  真實的MOS比較脆弱(汗= = 深有體會),如果門極(G)和源極(S)之間的電壓超過正負30V,MOS會損壞。為了防止這種事情發生,我們需要門極(G)的保護措施;只是簡單地增加幾個額外的元件。如下圖。

圖片4.png
  ? 470歐電阻用來限制MOS門極(G)的電流,防止損壞。
  ? 10K電阻用于確保MOS可靠關斷。
  ? 穩壓二極管將MOS的門極(G)的電壓限制在你選用的穩壓二極管(12V、15V、18V)的擊穿電壓之內。
  ? 當一側MOS導通時,UF4007將另一側MOS的門極(G)電壓拉低
  值得注意的是,我們改用+V為MOS供電,使它們開啟,并使用LC諧振部分通過快恢復二極管關斷它們。這提高了整體電路的性能。
  下面的實物圖很好理解,我希望你喜歡:

440120379.jpg-xiao.jpg

       因為LC震蕩時的電壓比輸入電壓高,所以你需要確認你的MOS可以承受這個電壓。一個比較好的選擇MOS方式,MOS的耐壓要為4倍輸入電壓以上,IRFP250和更好的IRFP260很適合ZVS(我用IRF540也很好,但是輸入不要超過20V,IRFZ48、IRF3205等管耐壓過低不宜使用)。你需要為MOS添加散熱器,但是不用特大。記住在安裝散熱器時一定要加絕緣墊(TO247的IRFP250和IRFP260要加絕緣墊,TO220的IRF540除了絕緣墊還要加絕緣帽!),因為MOS的散熱器不是和引腳不是電學絕緣的(散熱片和漏極是通的,我想但凡搞電子的都知道吧、)。那個諧振電容一定要用好的,MKP電容,云母電容,Mylar電容(這個不認識、、、)是很好的選擇(電磁爐電容最佳~~),千萬不要用電解電容,會核爆炸的(嘿嘿 每人這么2吧)。兩個初級繞組必須要同方向繞制,否則不工作。如果變壓器沒氣息,同樣不會工作。(這、、、)

圖片2.jpg

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