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标题: 玩玩别人玩过了的，DIY了一台大功率ZVS（有更新......） [打印本页]
作者: hsp2008 时间: 2022-12-18 20:51
标题: 玩玩别人玩过了的，DIY了一台大功率ZVS（有更新......）
本帖最后由 hsp2008 于 2023-3-15 22:29 编辑
玩玩别人玩过了的，DIY了一台大功率ZVS
喜爱DIY就离不开工具，也慢慢开始讲究制作和工艺，这些年开始折腾工具，雕刻机、3D打印机、台钻、曲线锯、车床、电焊机、砂轮机、切割机逐步的也添置起来，后来又自制了大功率点焊机、便携式可调电源、小电锯、砂带机、打气泵等等大小设备，银子唰唰的往外花，谁叫自己有这爱好呢，还有大量电子垃圾扔掉又可惜，设备多的家里都放不下了，唉，真是不亦乐乎。
ZVS感应加热貌似是好几年前的热门制作了，这个月开始对ZVS（电磁感应加热）发生了兴趣，网上恶补相关知识，从买成品到开始折腾ZVS的路又开始了.......
一、什么是ZVS?
ZVS的标准解释是零电压开关(Zero Voltage Switch)。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%。而我们DIY的ZVS实际上指的是利用ZVS技术制作的高频电磁感应加热器，简单的说它利用的是LC谐振原理，将直流电通过大功率MOS管转换成频率为 5-100KHz 的高频电压，高速变化的电流流过线圈会变成高速变化的磁场，当磁场内的磁力线通过金属物体（导磁又导电材料）体内产生无数的小涡流，从而使物体自行高速发热；最大的优点是加热速度快、安全高效、绿色环保。
二、ZVS原理图
典型的四管ZVS感应加热电路
三、制作8管大功率ZVS
由于第一次接触ZVS，自制能否成功没有把握，所以先在网上50元买了个2管的半成品，电路板上有2只IRFP250场管，自己弯了个直径4cm铜管加热圈，加热效果还不错，十几秒可把6mm铁棍烧红，适合加热小件，在用36V测试时把2只MOS管都爆掉了，得买场管修复，而是打算干脆再制作一台8管最好能熔融金属的大功率ZVS，DIY制作废料太多，我的目标是对金属材料退火、淬火外，看能不能融化铜铝，开干！
找到一张8管的图纸，从电路图可见，不管4管还是6、8管都是在2管的基础上并联工作的
所需零配件采购和零件制作
1、场效应管IRFP260N 8只（买了20只拆机的进口管、易损件多买点），注意网上打磨印字的假货、冒牌货太多，砸开看内部的芯片大不大才是硬道理；
原装拆机货
大芯片
2、12V稳压二极管 8只
3、5W470欧姆电阻 8只
4、快恢复二极管 8只
5、6mm紫铜管 2米，6mm耐高温玻纤管1米：在直径60mm圆棒上绕7圈左右，套上玻纤管
6、谐振电容0.27uf1200V 12只
上面这些材料必须买的，价格很便宜，一共才80多元（20只场管才50元），下面的材料我是利用玩航模留存的配件和电子垃圾拆机零件，如果没有还得买
6、32mm~40mm黄色铁粉芯磁环电感2只：用1mm漆包线3股并绕26圈
7、旧电脑电源风扇3只（12V）
8、饮水机12V水泵1只、6mm硅胶水管若干
9、空开1只
10、12V电源降稳压模块1只（或DC12V2A小电源）
11、散热器、铜柱、螺丝、覆铜板、扁铜条、螺丝、电线若干
12、100A电压电流表
13、大功率电源：电源非常重要，决定成败和效果。ZVS工作时电流非常大，能达到数十安倍，电源功率越大越好，小电源必烧无疑，先前的测试我用的是二块航模动力锂电池24V串联成48V。
第一次制作ZVS，由于心里没底，慎重为好，先将所有MOS管用最简单测试源漏极压降的方法进行配对和标注，数据接近的2管组成一对使用；采用搭棚法将所有原件连接好（只上了6只电容）检查无误后，小心上电（12V、24V、36V一步步来）测试（先连4管正常的话，再连成8管），连到8管时都能正常起振，空载电流稍大，加热正常，在加热一根14mm的铁管时，电流急剧上升，随着“嘭“的一声MOS管爆炸起火，吓我一大跳（为了安全一定要带上护目镜），爆管的原因通过检查发现是大电流将固定电容器的搭接铜线焊锡融化了，导致电容器组脱落，场管短路秒爆，8只管子烧掉5只，稳压管也爆了大半，还好损失不大。
搭棚焊接法（借图）
实际上依照IRFP260n参数上看，耐压200V，最大电流50A，当然实际使用中电压不能超过标称的1/3为妙，2管最大电流也应控制在30A以内比较安全，8管ZVS只要散热条件好，电流上100A也没有问题。
设计PCB电路板我不会，只能直接用cad画图，用雕刻机打孔并铣掉线槽，我设计成三层结构，ZVS需要特别注意散热，因此我配备了强悍的散热系统，电路主板在中间， MOS管配有大而厚重的散热片，上层有3只散热风扇对电路主要发热部件MOS管、电感线圈、限流电阻及谐振电容进行强制冷却，加热铜管由12V水泵进行循环水冷，下层是总开关、水泵、降温排回水管等，水泵和风扇由一个12V小开关电源独立供电；
三层3只散热风扇
并联
底层有降压模块和水泵
底层玻纤板固定在木板上，安装60A空气开关，用铜柱支撑上层板
中层板主电路为覆铜板为，8只irfp260n大功率场管配有硕大的散热片，12只0.27uf谐振电容
加热铜管圈内径60mm，由水泵水循环强制冷却
埋铜和堆锡，铜管通过铜管夹用螺丝固定在电路板上
三层架空结构，有利散热
供电由6㎜铜芯线连接TX60插头
装配焊接零件，很简单，用至少60W以上的烙铁才好焊，千万不要搞错管脚和方向，需要认真检查，电路板中电源路线、MOS管源漏极、谐振电容组的连接要通过大电流，这些地方需要做堆锡和埋铜处理，铜管线圈用1mm紫铜片做4只管卡卡用喷枪加热锡焊接，管卡用螺丝固定在覆铜板上；简单的说所有电路连接需要加固处理，防止大电流产生的高热引发故障，所有结果都是直接爆管！
四、上电测试
上电测试，上6只0.27uf1200v谐振电容（1.62uf），测得12V空载电流不到2A，48V约4A，由于扇热好，场管、电感及电容没有什么温度，谐振频率78.1KHZ，应该算比较高的了，还不错，将焊锡膏铁盒伸到铜管中，几秒焊油就沸腾了，电流20A左右。
上12只谐振电容（总容量3.24uf），24V空载电流2.6A，48V空载电流5.7A，谐振频率下降到了58.6KHZ，加热功率明显上升，加热14mm铁管一会就能烧的通红，场管、电感线圈没有什么温度，但电容底部的覆铜处有明显发热，5W470欧姆限流电阻在高电压下发热还是很明显的。制作的这台8管ZVS主机用料厚实，重量达到了2KG，
因为有了这个成功的8管ZVS，又有了对大功率电源新的需求，闲鱼上买了台ZXD2400(V4.3)60V50A大功率二手改装可调电源，现在网上二手货的坑和套路很多哦，买到好货不容易。
数字
4.3版本正货
输出12号硅胶线
2014年产的
大功率管
很新，电路板很干净
极限测试
将ZVS整体固定在一块结实的高密板上，连接好水泵，接通大功率可调电源，电压设置到54V，电流40A，启动ZVS空气开关，水循环降温也自动开启，空载电流6.3A；加热壁厚1mm的14mm铁管，6秒烧红，2mm厚直径21mm的镀锌水管20S可烧红，最高可达40多A电流；功率计显示最大功率达到2000W以上，只要电源功率能承受，估计达到3000W应该没问题。
我的这台8管ZVS功率强劲，电容温度稍高外，各部件温度正常，空载频率58.6KHZ，54V供电空载电流6.4A，性能稳定，完全达到预期效果。ZVS如能达到一定的加热效率下，主板和所有电子元件不过热，不爆管，能安全稳定长时间运行就算成功了。
下步用石墨坩埚做金属熔炼测试看看效果如何，有兴趣的请关注！
ZVS制作体会
1、ZVS是以对管形式组成的LC振荡电路，每增加一对场管理论上会增加一倍的输出功率，同时电流也会成倍的增长；
2、理论上谐振频率越高效能越好，震荡频率与输出功率与铜管管圈直径和圈数、谐振电容器关系密切，减少圈数、加大电容数量会明显提升输出功率；谐振频率也会降低，电容器和储能电感与输出加热线圈连接线尽可能短；
3、储能电感用黄色铁粉芯磁芯制作，直径40mm，用1.18mm三股绕制26圈；
4、加热线圈或铜管直径宜在60mm，伸出臂不能太短，匝数7圈左右；能有效降低空载电流；良好的高频起震状态，目前谐振频率是58.6KHZ，我还准备减少1~2圈铜管圈数试试，尽量提高谐振频率；
5、正负极、场管漏、源极、输出端因需要承受大电流，电路板最好做堆锡或埋铜处理，铜管、电容器和电感线圈也需要加固，防止高温熔焊脱落，引发爆管故障；
6、ZVS电路对电流和热非常敏感，特别是场管极易爆管，有条件应做限流、温控等安全保护措施；
7、ZVS对电源要求高，要有足够的输出功率，压降小，电流大、扇热良好，建议加上电流表，能更方便、更安全的随时观察功耗电流，防止过载，有过压过流自身保护的电源更好；
8、对于大功率的8管ZVS，由于MOS管多，铜管直径比较大，电源电压至少应该在24V以上，加热小物件并不能发挥出最佳的加热效果，加热大物件、特别是管状物件效果会立即爆棚。
9、随着科技的高速发展，新技术的普及应用，庞大物流业的推动，单片机数控、传感器、语音智控、3D打印技术使我们有能力将原来"无限的不可能变成了无限的可能"，"只有想不到，没有做不到"就是当今社会科技普及应用质的飞跃。
这台大功率ZVS感应加热完成有段时间了，中途做了多次熔炼试验，效果非常好，熔铝是最简单的了，熔铜温度要达到千度以上，熔炼时间与ZVS的电压电流有关。我采用1KG的石墨坩埚加石英外套，熔炼紫铜、黄铜电压48v，电流45A，大约10~20分钟，随着材料的熔化，电流会逐步降低。
在单位找到个很老的电源旧机壳，面板上有两只现成75V电压表和15A电流表，简直就是为火花机而"设计"的，机壳很大，而是把自制的自动火花机、ZVS、冷却水泵、风扇、控制电路等等集成进去了，一机两用。
ZVS在大功率输出状态，由于电流达到四、五十安倍，加之场管配对、谐振频率等因素的影响，长时间工作，场管发热是非常厉害的，一般的冷却风扇散热效率有限，最好的办法是对场管用水冷散热器进行散热，能大大减少场管的过热损坏，我用2块40x120mm的铝质水冷散热器对8只场管进行强制水冷，长时间工作不用再担心场管过热的问题，同时将原来的2只储能电感也换成了更大的（直径47mm，1.5mm漆包线3线并绕30圈）也减轻了场管的工作压力，调整后的谐振频率降到了50K；我觉得谐振频率并非越高越好，降低频率貌似也能降低场管和电容的发热量，谐振频率与设备匹配才能达到稳定安全。
关于电源，强烈建议采用自带过流、过载、短路保护的开关电源，比如服务器电源电流大，自内带保护，用串联方式提升电压；带有保护的电源不易发生场管爆炸、短路起火，大大提高安全性！
作者: LSP5454 时间: 2022-12-19 09:41
高手啊！！！
作者: w998 时间: 2022-12-19 10:12
通俗易懂的教材，感谢楼主分享！！
如此劳心费神的帖子，怎么加分都不过分！
建议版主加精！
弱弱的问下楼主，用IGBT模块是否可行？我手头上有块igbt模块
(, 下载次数: 109)
作者: hsp2008 时间: 2022-12-19 17:52
数据很牛，应该可以直接上市电，不过电路设计与场管有所不同，可借鉴电磁炉电路，同样需要高频信号驱动，注意安全~！
作者: 量子隧道 时间: 2022-12-19 22:02
看内部拓扑，是半桥或全桥，适合做开关电源和电机驱动之类的。此拓扑与ZVS不同啊。，。
作者: 顺风一族 时间: 2022-12-19 22:07
高手啊
作者: 电骡子 时间: 2022-12-19 23:47
图文并茂，lz辛苦
这个我以前也做过，功率上不去，看了lz的帖子，发现当时用的电感太小了。
作者: hsp2008 时间: 2022-12-20 10:59
ZVS制作电路结构简单，难度不高，关键是做好散热，同时需要一个大电源
作者: w998 时间: 2022-12-20 15:18
又仔细拜读了楼主的帖子，作为我来说，感觉最大的瓶颈就是场效应管的配对问题。
探讨：元器件的连接能不能采用压接、缠绕加锡焊？或者同种材料能不能用熔接、锡焊相结合而替代堆锡焊？
作者: 量子隧道 时间: 2022-12-20 16:35
不过或许你可以通过加互相隔离的栅极反馈线圈，把这个IGBT按照ZVS的原则驱动起来，也行。
作者: hsp2008 时间: 2022-12-20 19:56
关于配对问题，条件有限，我采用的是最简单的压降测量法，把源漏极压降接近的场管配一对，经配对使用还不错，没有出现发热不平衡现象，我这个8管场管和电感几乎没有什么温度，就是谐振电容底板有点起温，埋铜和堆锡有些改善。
zvs走大电流的元器件和线路一定要连接好，强度也要足够，这个很重要。压接法当然好，适合于大电流元器件的连接，尽可能用螺丝或铆接，线路板压铜条后再堆锡。
作者: ranzhang46 时间: 2022-12-22 20:39
这就是拿来焊东西的电烙铁吗？不明觉厉
作者: hsp2008 时间: 2022-12-29 10:49
这两天又做了个2管的，用ifrp260管，2个0.33电容，12v空载电流只有900ma，可以上到48v，谐振频率达到105KHZ，这效率在这种经典电路里基本到顶了
作者: 风之纹章 时间: 2023-1-10 14:14
现在还能沉浸下心来DIY的人不多了。
作者: hsz242 时间: 2023-2-3 16:26
一直想用逆变焊机改装感应加热或者当做感应加热电源！
作者: hsp2008 时间: 2023-3-15 22:25
有最新更新~
作者: 天工君 时间: 2023-3-16 07:30
自己动手，大炼钢铁
作者: manle 时间: 2023-4-16 20:43
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