ZVS電路工作原理深度解析

一、ZVS電路的定義與優(yōu)勢(shì)

ZVS電路（ZeroVoltageSwitching，零電壓開(kāi)關(guān)）通過(guò)精準(zhǔn)控制開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷時(shí)機(jī)，實(shí)現(xiàn)電源的高效能量轉(zhuǎn)換。在開(kāi)關(guān)管切換狀態(tài)時(shí)，其兩端電壓近乎為零，顯著減少了功率損耗。零電壓開(kāi)關(guān)振蕩電路具備功率開(kāi)關(guān)管在導(dǎo)通和關(guān)斷瞬間（模式切換時(shí)）兩端電壓接近于零的特性，這一特性使得電路功率損耗大幅降低，因此在大功率加熱、高壓電路等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，為高效率的電能轉(zhuǎn)換提供了可靠保障。

二、ZVS電路的主要組成元件

ZVS電路主要由功率開(kāi)關(guān)管、諧振電感、諧振電容、二極管等關(guān)鍵元件構(gòu)成。功率開(kāi)關(guān)管是電路的核心執(zhí)行部件，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)電能的通斷控制；諧振電感與諧振電容共同構(gòu)成諧振回路，為電路的振蕩運(yùn)行提供基礎(chǔ)；二極管則在電路中承擔(dān)整流和保護(hù)等重要功能。

三、ZVS電路的工作原理

（一）啟動(dòng)過(guò)程

電源經(jīng)電阻向兩個(gè)開(kāi)關(guān)管Q1和Q2提供偏置，促使電流逐漸流過(guò)電感L1并開(kāi)始增加。由于Q1和Q2的電氣特性存在細(xì)微差異，導(dǎo)致流經(jīng)它們的電流出現(xiàn)不同。假設(shè)Q1的電流大于Q2的電流，在二極管D1和D2的作用下，形成正反饋機(jī)制，使得Q1完全導(dǎo)通，而Q2則截止，從而順利完成電路的啟動(dòng)過(guò)程。

（二）穩(wěn)態(tài)過(guò)程

當(dāng)Q1導(dǎo)通時(shí)，電感L1中的電流對(duì)電容C1進(jìn)行充電，使得C1兩端的電壓逐漸上升。當(dāng)C1電壓達(dá)到穩(wěn)壓管設(shè)定的鉗位電壓值時(shí)，Q1的柵極電壓被穩(wěn)壓管穩(wěn)定，維持Q1的持續(xù)導(dǎo)通狀態(tài)。與此同時(shí)，電容C1開(kāi)始通過(guò)電感L1放電，當(dāng)C1電壓接近零時(shí)，Q1關(guān)斷，Q2隨即導(dǎo)通，電路進(jìn)入下一個(gè)工作階段。

（三）振蕩過(guò)程

當(dāng)電容C1放電完成后，電感L1開(kāi)始對(duì)電容C1反向充電，導(dǎo)致C1兩端的電壓極性發(fā)生反轉(zhuǎn)。此時(shí)，Q1和Q2交替導(dǎo)通和關(guān)斷，形成連續(xù)的振蕩過(guò)程。在整個(gè)振蕩過(guò)程中，電感L1為L(zhǎng)C振蕩回路持續(xù)補(bǔ)充電能，確保電流基本保持穩(wěn)定，維持電路的穩(wěn)定振蕩運(yùn)行。

四、無(wú)抽頭ZVS電路原理圖及工作過(guò)程
無(wú)抽頭ZVS電路原理圖

無(wú)抽頭ZVS電路原理圖

在無(wú)抽頭ZVS電路中，上電瞬間，VCC通過(guò)限流電阻R3和R4直接施加在Q1和Q2的G極（柵極）上。由于電阻R3和R4的微小差異，以及兩個(gè)管子結(jié)電容的微小不同，導(dǎo)致其中一個(gè)管子（假設(shè)為Q1）率先導(dǎo)通。此時(shí)，VCC經(jīng)電感L2向電容C1和C2充電。JP2連接的是升壓變壓器的初級(jí)，部分電流也流經(jīng)變壓器的初級(jí)線(xiàn)圈。變壓器的初級(jí)電感與電容C1、C2構(gòu)成并聯(lián)諧振回路，變壓器的初級(jí)電流按照正弦規(guī)律上升。此時(shí)，二極管D1導(dǎo)通，將Q2的G極電壓拉低，使Q2處于關(guān)斷狀態(tài)。

隨著諧振過(guò)程的推進(jìn)，當(dāng)并聯(lián)諧振回路的正弦波電流進(jìn)入負(fù)半周時(shí)，二極管D1關(guān)斷，Q2開(kāi)始導(dǎo)通，同時(shí)二極管D2導(dǎo)通，Q1則關(guān)斷。此時(shí)，VCC的電流經(jīng)電感L1、電容C1、C2、變壓器的初級(jí)線(xiàn)圈，再通過(guò)Q2的D極和S極構(gòu)成回路，完成正弦波電流的負(fù)半周導(dǎo)通路徑。隨著時(shí)間的推移，變壓器的初級(jí)電感與電容C1、C2構(gòu)成的并聯(lián)諧振回路繼續(xù)工作，正弦波電流重新回到正半周，電路恢復(fù)初始運(yùn)行狀態(tài)，從而形成連續(xù)的正弦波電流振蕩。在變壓器的次級(jí)，能夠感應(yīng)出高壓高頻正弦波電壓，為后續(xù)的電能應(yīng)用提供所需的電能形式。