ZVS driver (Mazzilli)

POZOR! Experimenty s vysokým napětím jsou nebezpečné. Neberu žádnou zodpovědnost za jakékoliv následky (zranění, legální problémy či cokoliv jiného) stavby tohoto zařízení. Vše je BEZ ZÁRUKY A NA VAŠE VLASTNÍ RIZIKO.

Popis

Schéma zapojení (klikněte pro plné rozlišení)

Jedná se o velmi jednoduchý budič vysokonapěťových transformátorů (např. flyback traf z TV). Je ho také možné použít na indukční ohřev či bezdrátový přenos energie. Původně ho navrhl Vladimiro Mazzilli a v komunitě VN nadšenců je známý jako "ZVS driver". Schéma zapojení se od původního zapojení liší jen minimálně (menší MOSFETy - IRF540 - takže je napájecí napětí omezeno na 12-24 V).

V podstatě se jedná o účinný a výkonný dvojčinný oscilátor typu Royer (rezonanční). Primární cívka vysokonapěťového transformátoru (většinou 3+3 až 6+6 závitů, obě části jsou vinuté stejným směrem, s odbočkou uprostřed, navinuta na odkryté části feritového jádra) je připojena ke konektorům P1, P2, P3. Tato cívka (primární) tvoří dohromady s kondenzátory C1 a C3 rezonanční obvod. Tyto kondenzátory musí být kvalitní, tečou přes ně velmi vysoké proudy (i desítky ampér). Kapacitu používám cca 220 nF až 1 µF. MOSFETy i kondenzátory musí být dimenzované alespoň na čtyřnásobek vstupního napětí. Díky rezonančnímu obvodu je průběh napětí na primární cívce (přibližně) sinusový.

Tlumivka (indukčnost) L1 dodává do rezonančního obvodu téměř konstantní proud. Musí být dimenzovaná na vyšší, než vstupní proud (často ≥10 A). MOSFETy se přepínají v momentu, kdy se napětí na nich přiblíží nule. Diody D1, D2 a rezistory R1, R2 řídí hradla (gate) MOSFETů. Pokud je jeden MOSFET sepnutý, tak stáhne napětí na gate druhého MOSFETu k nule, takže není možné, aby se oba MOSFETy otevřely zároveň. Zenerovy diody D3, D4 chrání vstupy MOSFETů před přepětím (regulují napětí).

Princip je velice jednoduchý. Fotky průběhů napětí v obvodu jsou dostupné níže. Oscilace se nastaruje díky rozdílům v součástkách (různá prahová napětí). Jakmile je již obvod rozkmitaný:

1. Q1 je sepnutý, Q2 není. Napětí na primární cívce se začíná zvyšovat. Napětí na drainu Q2 se také začíná zvyšovat na cca 3,5*napájecí.
2. Napětí na Q2 se začne snižovat (průběh připomíná půlsinusovku). Jakmile klesne téměř k nule, napětí na gate Q1 také klesne téměř k nule (přes diodu D2) a Q1 se rozepne. Napětí na drainu Q1 se začne zvyšovat a dioda D1 přestane omezovat napětí na gate Q2.
3. Q2 sepne. Celý cyklus se opakuje a tranzistory se střídavě zapínají a vypínají. Přepínání se děje, když je napětí na drainu blízké nule. Tímto jsou sníženy ztráty během spínání..

Výhody a nevýhody

Výhody:

• Minimální zahřívání MOSFETů - spínací ztráty jsou minimalizovány a (reaktivní) magnetizační proud teče prakticky pouze v rezonančním obvodu → vysoká účinnost.
• Sinusový výstup - méně rušení.
• Vysoké výkony (stovky W až jednotky kW) jsou dosažitelné s výkonnými MOSFETy/IGBT.
• Jednoduchost a dostupnost součástek.

• Frekvence se silně mění se zátěží. Způsob buzení MOSFETů není ideální pro vyšší frekvence (bez velkého zkreslení napětí na gate je maximum cca 50-100 kHz s MOSFETy IRF540 a 12V napájením, s vyšším napětím se gate nabije rychleji).
• Obvod nemusí fungovat správně, pokud je vazba mezi primárem a sekundárem příliš silná (v případě, že se "vytáhne" příliš energie, Q faktor rezonančního kondenzátoru klesne).
• Velké nároky na rezonanční kondenzátor.
• Nehodí se pro velká vstupní napětí.

Fotky

Hotová deska (chladiče jsou pouze mírně vlažné i při výkonech přes 200 W) (klikněte pro plné rozlišení)

Průběh napětí na jednom MOSFETu (nahoře G-S, dole D-S) (klikněte pro plné rozlišení)

Výboj - 12 V napájení, malý střídavý transformátor z plazma koule (klikněte pro plné rozlišení)

Výboj - viz výše, 24 V napájení (klikněte pro plné rozlišení)

Kirlianova fotografie koruny (klikněte pro plné rozlišení)

Kirlianova fotografie klíče (klikněte pro plné rozlišení)