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UC3846電流模式10KW軟開關交錯并聯推挽逆變

經過將近一年的業余時間的學習和制作,前期設想的10KW正弦波逆變已按照自己的思路即將制作完成。

其中參考了壇子上很多高手的經驗,制作還算順利!整個過程就燒了一只IRFP90N20(雙管并聯中的一只,估計是管子質量問題),想想之前制作的3000W的正弦逆變過程中生生燒了幾十只90N20,還真應了高手的話,經驗是燒出來的,當然,工程師大概也是燒出來的了。

目前,DC/DC部分基本上調試成功,下步調試EG8010-IGBT正弦波逆變部分,先曬曬這個過程,請各位提提指導意見。

 

 

一、   DC/DC部分:

設計功率10KW

初級電壓48V(有效工作電壓范圍43.2—64V),次級輸出直流380V

2相交錯并聯推挽拓撲結構,每相3變壓器初級并聯、次級串聯。共使用6EE55

環路采用電壓外環、電流內環雙環控制。

輸入過壓、欠壓保護,輸出過壓、過流、短路、超溫保護,兩路溫控風扇控制。

控制部分如圖:

 

clip_image002

clip_image002

 

1、  TL494部分

TL494產生互補同步脈沖。設置震蕩頻率200KHz左右,即輸出PWM同步脈沖在100Khz左右。同時TL494的兩個內部誤差放大器作為直流輸入電壓的過壓、欠壓比較器,3腳通過兩個IN4148分別連接UC384616腳,過壓和欠壓時3腳輸出高電平關閉UC3846 PWM輸出。

關鍵點:1、為了使系統開環時最大限度工作在最大占空比,在確保穩定輸出同步脈沖前提下,調整TL4944腳電壓使輸出互補同步脈沖盡量窄。2TL494只需要輸出同步電壓信號即可,所以910腳對地的射極電阻取得較大,這樣可以減小工作電流。

2、  UC3846部分

兩片UC3846---U6U7提供交錯并聯的PWM輸出。

電路參考:

U-100A(UC3842/3/4/5提供了低成本的電流模式控制)

U-111(電流模式電源的實際考慮)

UC3825 datasheet同步部分。

TL494輸出的100KHz 互補同步脈沖同步UC3846使輸出PWM50KHz。實際驗證,這種被稱為通用同步的同步方式既簡單且穩定,同步效果比較好。

曾經為了這個“交錯”“同步”費了不少功夫。參考了所有能查到的資料,有用3SG3525設計的,經仿真和實際搭焊電路確認實際上輸出并不是交錯PWM。有用數字電路產生同步脈沖控制UC3846CT腳的,還有用純數字電路產生交錯PWM的,都是太復雜,效果也未必好。

斜坡補償部分采用射隨器隔離的常規電路,和上述同步部分完美結合。

多處資料介紹UC3846容易受干擾,實際制作中除了仔細設計PCB外,同時將U6U7兩路UC3846內部誤差放大器接成射隨器,VFB通過外部TL431直接控制U65腳,U6的射隨輸出控制U75腳,從而保證兩路PWM脈寬一致。

3、  電流取樣部分

6EE55分別采用電流互感器采集初級電流。電流互感器用高Bm小磁環繞制,匝比1:300,強制磁復位,電路如圖。每相3個互感器并聯。

 

clip_image001

 

全部回復(67)
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2014-04-04 12:37
謝謝樓主分享,搶個沙發!
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gem1024
LV.5
3
2014-04-04 15:19

控制部分電路TL494-UC3846.pdf

正弦波部分電路EG8010-IGBT.pdf

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gem1024
LV.5
4
2014-04-04 15:26
@gem1024
控制部分電路TL494-UC3846.pdf正弦波部分電路EG8010-IGBT.pdf
 

功率輸出和驅動部分

1、功率變壓器

單個變壓器設計功率1500-2000W,先繞次級Φ0.8漆包線7股并繞,內層5匝,繞2層共10匝,再繞初級0.3*32銅皮雙線并繞5匝,之后再繞次級3 匝,、次級共13匝。這樣每相等效為初級5+5匝,次級13*3=39匝。

2、整機共使用IRFP90N20功率管24只,驅動每個EE554只,兩兩并聯。驅動采用12MIC4452,這芯片確實夠力度,驅動兩個IRFP90N20綽綽有余,輸出脈沖上升下降沿和輸入的PWM脈沖比較失真度非常小,感覺用到這里有些大材小用。似乎成本高了些,實際上購買這個片子每片才2元多,小算了一下,即使是用圖騰柱驅動,成本也低不到哪里去,就這樣吧。

我考慮單相若只用兩片MIC4452驅動,驅動能力應該也可以,但因為這樣的話,驅動部分的PCB要重新設計,況且因為單邊12個功率管排列比較遠,柵極驅動信號線路比較遠,干擾不好處理。作為后期試驗方案,驅動部分PCB 設計中將MIC4452設計成小插板,后期有興趣了的時候可以將常規的驅動圖騰柱做成插板更換。

3、每相3個變壓器安裝在一塊單獨的PCB板上,3個變壓器中間位置安裝串聯諧振軟開關的諧振電容,用接插件方便調整諧振電容大小。每邊CBB-600V-0.1并聯,最終確定  UF 

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gem1024
LV.5
5
2014-04-04 15:43
@gem1024
 功率輸出和驅動部分[圖片]1、功率變壓器單個變壓器設計功率1500-2000W,先繞次級Φ0.8漆包線7股并繞,內層5匝,繞2層共10匝,再繞初級0.3*32銅皮雙線并繞5匝,之后再繞次級3匝,、次級共13匝。這樣每相等效為初級5+5匝,次級13*3=39匝。2、整機共使用IRFP90N20功率管24只,驅動每個EE55用4只,兩兩并聯。驅動采用12片MIC4452,這芯片確實夠力度,驅動兩個IRFP90N20綽綽有余,輸出脈沖上升下降沿和輸入的PWM脈沖比較失真度非常小,感覺用到這里有些大材小用。似乎成本高了些,實際上購買這個片子每片才2元多,小算了一下,即使是用圖騰柱驅動,成本也低不到哪里去,就這樣吧。我考慮單相若只用兩片MIC4452驅動,驅動能力應該也可以,但因為這樣的話,驅動部分的PCB要重新設計,況且因為單邊12個功率管排列比較遠,柵極驅動信號線路比較遠,干擾不好處理。作為后期試驗方案,驅動部分PCB設計中將MIC4452設計成小插板,后期有興趣了的時候可以將常規的驅動圖騰柱做成插板更換。3、每相3個變壓器安裝在一塊單獨的PCB板上,3個變壓器中間位置安裝串聯諧振軟開關的諧振電容,用接插件方便調整諧振電容大小。每邊CBB-600V-0.1并聯,最終確定 UF。 
 

 關于吸收電路的調試過程

資料【《推挽變換器在軟開關與硬開關工作模式下的比較研究》馬小林,馬皓】一文中觀點說諧軟開關推挽可以不需要吸收電路,可能是理想情況下。事實上這種定頻串聯諧振推挽屬于不完全諧振,實際調試中也發現,在不同輸入電壓和不同負荷時并沒有達到完全ZVSZCS,推挽功率管漏極尖峰仍然有,有時甚至很大,安全起見,選擇一種低損耗的緩沖吸收電路還是很有必要的,個人傾向于無源的。

為此目的,參考推挽吸收的各種設計方案:

1、《CCFL推挽式緩沖電路》

2、《對推挽逆變器中變壓器漏感尖峰有源鉗位的研究》xzszrs(圖3

3、《一種適用于推挽電路的低損耗型IGBT吸收回路》(圖4

4、《一種適用于推挽式逆變器的低損耗緩沖吸收器及其對功率電路的影響》(圖5

5、《一種用于推挽式電壓型逆變器的低損耗無源吸收電路》(圖6) 

1、圖2 就是較常用的RCRCD緩沖電路。對于單個功率變壓器的小功率逆變上采用這種電路比較簡單有效,但用于這個10KW機子要用6套吸收電路,估計總損耗也很可觀,所以沒有采用。

3的電路在電源網帖中討論得很熱烈,因為是有源的,實現起來要麻煩些,如果參照我最后采用的吸收方案倒是可以一試。

5的方案在網上找的的僅有的資料介紹得不清不白,我自己也沒有弄明白具體的工作原理,也懶得再試了。

4和圖6的方案應該說屬于同一種方案。圖4的方案比較簡單, D1D2MUR460C1選擇0.2u,這個電容最佳值是可以通過測量次級漏感計算的。R1選擇750歐姆5W 功率電阻,吸收尖峰效果還不錯,電阻小些吸收效果會好些,但功耗也相應增大。圖6的方案是用大功率穩壓二極管串聯一個幾uH的電感代替R1,調試中采用1W的穩壓管和NPN型大功率三極管接成等效大功率穩壓二極管,穩壓值稍大于最大電源電壓,效果也可以。

 

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gem1024
LV.5
6
2014-04-04 15:47
@gem1024
  關于吸收電路的調試過程資料【《推挽變換器在軟開關與硬開關工作模式下的比較研究》馬小林,馬皓】一文中觀點說諧軟開關推挽可以不需要吸收電路,可能是理想情況下。事實上這種定頻串聯諧振推挽屬于不完全諧振,實際調試中也發現,在不同輸入電壓和不同負荷時并沒有達到完全ZVS和ZCS,推挽功率管漏極尖峰仍然有,有時甚至很大,安全起見,選擇一種低損耗的緩沖吸收電路還是很有必要的,個人傾向于無源的。為此目的,參考推挽吸收的各種設計方案:1、《CCFL推挽式緩沖電路》2、《對推挽逆變器中變壓器漏感尖峰有源鉗位的研究》xzszrs(圖3)3、《一種適用于推挽電路的低損耗型IGBT吸收回路》(圖4)4、《一種適用于推挽式逆變器的低損耗緩沖吸收器及其對功率電路的影響》(圖5)5、《一種用于推挽式電壓型逆變器的低損耗無源吸收電路》(圖6) [圖片][圖片][圖片]圖1、圖2就是較常用的RC和RCD緩沖電路。對于單個功率變壓器的小功率逆變上采用這種電路比較簡單有效,但用于這個10KW機子要用6套吸收電路,估計總損耗也很可觀,所以沒有采用。圖3的電路在電源網帖中討論得很熱烈,因為是有源的,實現起來要麻煩些,如果參照我最后采用的吸收方案倒是可以一試。圖5的方案在網上找的的僅有的資料介紹得不清不白,我自己也沒有弄明白具體的工作原理,也懶得再試了。圖4和圖6的方案應該說屬于同一種方案。圖4的方案比較簡單,D1、D2用MUR460,C1選擇0.2u,這個電容最佳值是可以通過測量次級漏感計算的。R1選擇750歐姆5W功率電阻,吸收尖峰效果還不錯,電阻小些吸收效果會好些,但功耗也相應增大。圖6的方案是用大功率穩壓二極管串聯一個幾uH的電感代替R1,調試中采用1W的穩壓管和NPN型大功率三極管接成等效大功率穩壓二極管,穩壓值稍大于最大電源電壓,效果也可以。[圖片] 
 

另一種用PNP型功率管的替代方法應該也可用。

saber簡單仿真這個等效穩壓二極管如圖。調整分壓電阻可以調整穩壓值。圖示穩壓值在63V左右。

 

 

但這種方案對推挽功率管在關斷時漏極的尖峰震蕩抑制效果不如直接用電阻的方案, R1通過D1D2跨接在初級繞組上,具有較強的阻尼,用穩壓管的方式就沒有這個阻尼作用了。但用穩壓二極管的方案相當于對C1的電壓鉗位,間接對漏極尖峰鉗位,直接用電阻的鉗位效果要差些。

這兩種緩沖吸收電路中,C1的電壓基本上是直流,電壓值稍大于二倍電源電壓,只是在雙邊推挽管關斷點上有一個對電容充電的尖峰,因為有D1D2的隔斷,因此我設想將單邊3個功率變壓器的電容C1并聯,然后3個變壓器只用一個R1或者穩壓二極管應該也是可以的,這個電阻可以用大個頭的功率電阻安裝在機子合適位置,將R1(熱源)單獨引出PCB板,可靠性提高,經驗證效果很好。并聯后的電容C的總容量為0.6uF,增大容量對改善吸收尖峰效果不明顯。

實際驗證,不論用電阻或者用穩壓二極管在該支路上消耗的功率是相同的。因為在該支路上的壓降都是稍大于電源電壓的一個值,這樣說的話,只要控制好尖峰并折中損耗,干脆就用電阻是不是又省心又可靠?

回頭再說圖3的有源吸收方案,將R1MOS代替,驅動其在兩個推挽管關斷時導通,驅動信號就用門電路(或非門)產生,不過要隔離驅動的,相對麻煩些,具體實驗后再說。

 

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gem1024
LV.5
7
2014-04-04 15:49
@gem1024
 另一種用PNP型功率管的替代方法應該也可用。用saber簡單仿真這個等效穩壓二極管如圖。調整分壓電阻可以調整穩壓值。圖示穩壓值在63V左右。[圖片]  但這種方案對推挽功率管在關斷時漏極的尖峰震蕩抑制效果不如直接用電阻的方案,R1通過D1、D2跨接在初級繞組上,具有較強的阻尼,用穩壓管的方式就沒有這個阻尼作用了。但用穩壓二極管的方案相當于對C1的電壓鉗位,間接對漏極尖峰鉗位,直接用電阻的鉗位效果要差些。這兩種緩沖吸收電路中,C1的電壓基本上是直流,電壓值稍大于二倍電源電壓,只是在雙邊推挽管關斷點上有一個對電容充電的尖峰,因為有D1、D2的隔斷,因此我設想將單邊3個功率變壓器的電容C1并聯,然后3個變壓器只用一個R1或者穩壓二極管應該也是可以的,這個電阻可以用大個頭的功率電阻安裝在機子合適位置,將R1(熱源)單獨引出PCB板,可靠性提高,經驗證效果很好。并聯后的電容C的總容量為0.6uF,增大容量對改善吸收尖峰效果不明顯。實際驗證,不論用電阻或者用穩壓二極管在該支路上消耗的功率是相同的。因為在該支路上的壓降都是稍大于電源電壓的一個值,這樣說的話,只要控制好尖峰并折中損耗,干脆就用電阻是不是又省心又可靠?回頭再說圖3的有源吸收方案,將R1用MOS代替,驅動其在兩個推挽管關斷時導通,驅動信號就用門電路(或非門)產生,不過要隔離驅動的,相對麻煩些,具體實驗后再說。 
 

一、   DC/AC部分

DC/AC部分采用EG8010-TL250A-316J驅動IGBT方案。認真學習和研究了蕭山老壽的方案,借鑒其部分電路,驅動部分稍有不同,下管驅動采用A-316J,上管驅動用TL250,圖騰柱加強驅動能力,輔助電源是常規的反激多路輸出。PCB設計上考慮到安裝的實際情況,將整機需要的兩個數碼顯示接口畫在一個板子上了,即PCB板子最上面的兩個接口,僅使用輔助電源的5V提供數碼管供電。

 

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gem1024
LV.5
8
2014-04-04 15:49
@gem1024
 一、  DC/AC部分DC/AC部分采用EG8010-TL250和A-316J驅動IGBT方案。認真學習和研究了蕭山老壽的方案,借鑒其部分電路,驅動部分稍有不同,下管驅動采用A-316J,上管驅動用TL250,圖騰柱加強驅動能力,輔助電源是常規的反激多路輸出。PCB設計上考慮到安裝的實際情況,將整機需要的兩個數碼顯示接口畫在一個板子上了,即PCB板子最上面的兩個接口,僅使用輔助電源的5V提供數碼管供電。 [圖片]
待續。
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gem1024
LV.5
9
2014-04-04 16:21
@gem1024
待續。

哈,升官了。從班長升排長!

 

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2014-04-04 16:31
@gem1024
哈,升官了。從班長升排長! 
看樓主好興奮
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hnzkwz
LV.7
11
2014-04-04 17:08
@gem1024
哈,升官了。從班長升排長! 
表示對樓主這個兩相交錯比較感興趣,支持樓主
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2014-04-04 21:05
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IGBT2010
LV.8
13
2014-04-05 09:05
好東西啊,樓主威武啊!!
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jianguo5668
LV.5
14
2014-04-05 11:06
不錯 學習啦
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2014-04-05 23:11
我也來板凳聽課!能否交流學習一下QQ1353594643
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szw2014
LV.3
16
2014-04-06 10:09
@chen2011qian
我也來板凳聽課!能否交流學習一下QQ1353594643
真不錯
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2014-04-06 11:37
@szw2014
真不錯
你好朋友大家交流交流!加QQ
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2014-04-06 19:43
不錯!希望能發出波形和實物給大家學習。
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聯益光
LV.1
19
2014-04-08 16:43
**此帖已被管理員刪除**
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gem1024
LV.5
20
2014-04-08 17:37
@聯益光
**此帖已被管理員刪除**

謝謝各位的關注。上圖。

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gem1024
LV.5
21
2014-04-08 17:37
@gem1024
謝謝各位的關注。上圖。[圖片]

 

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gem1024
LV.5
22
2014-04-08 17:38
@gem1024
[圖片] 

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gem1024
LV.5
23
2014-04-08 17:38
@gem1024
[圖片]

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gem1024
LV.5
24
2014-04-08 17:38
@gem1024
[圖片]

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gem1024
LV.5
25
2014-04-08 17:39
@gem1024
[圖片]

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gem1024
LV.5
26
2014-04-08 17:45
@gem1024
[圖片]

 

 

調試中的JJ

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gem1024
LV.5
27
2014-04-08 17:51
@gem1024
 [圖片] 調試中的JJ

制作中加了一個48V上電接觸器--48V/200A直流接觸器,以改善加電打火,但感覺似乎沒什么必要。

因為以后可以一直加電,啟停控制PWM就可以了。

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gem1024
LV.5
28
2014-04-08 17:54
@gem1024
制作中加了一個48V上電接觸器--48V/200A直流接觸器,以改善加電打火,但感覺似乎沒什么必要。因為以后可以一直加電,啟停控制PWM就可以了。[圖片]

控制板。

 

很業余,獻丑了。制作工藝沒法做得更好,自己曬板子效果沒有專業制版好看,湊合了。

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szw2014
LV.3
29
2014-04-08 21:14
@gem1024
控制板。 [圖片]很業余,獻丑了。制作工藝沒法做得更好,自己曬板子效果沒有專業制版好看,湊合了。
很不錯,頂!
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zhujinquan
LV.3
30
2014-04-09 06:15
@gem1024
控制板。 [圖片]很業余,獻丑了。制作工藝沒法做得更好,自己曬板子效果沒有專業制版好看,湊合了。
做出來就非常不錯了,有拆解圖就更好了
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gem1024
LV.5
31
2014-04-09 19:05
@gem1024
[圖片]
針對xzszrs(鐘工)的有源吸收方案,今天用Saber仿真了只用幾個元件組成的隔離驅動電路,可以省去用集成門電路的麻煩,可以一試。

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