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5000W、高頻、隔離、逆變器

做一個48V/5000W、高頻、隔離 、逆變器

1、升壓:非晶磁環+移相全橋+準閉環。

2、逆變:單極性H橋。

3、DC、AC  隔離。

4、主控板采用DSC 單片控制實現:移相全橋+單極性調制逆變+ModBus通信+全數字控制

 主控板3D:    :/upload/community/2018/12/14/1544800296-24771.pdf

功率板3D 大于8M,上不去。先上平面/upload/community/2018/12/14/1544801141-90852.pdf

IMG_20181218_091105

IMG_20181218_091220

3D

功率板 _3D

 

全部回復(58)
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hzx6176
LV.4
2
2018-12-15 10:33

自己沙發,慢慢上。

變壓器: 納米晶 超微晶 80*50*25 繞玻璃絲帶 大功率磁芯,內層次極線徑1.5 雙線并繞,繞滿。外層初級線徑1.5X12根,分成兩組各6根各繞6咂(每咂8V),每組接一個H橋,兩組為并聯關系(這樣做是為了布局方便)。

移相全橋:暫時用了8只IRFB4668,(實際用80-100V的管子就可以了),Rdson 大了些,用IRFB4568 應該會更好。

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hzx6176
LV.4
3
2018-12-15 13:15
@hzx6176
自己沙發,慢慢上。變壓器: 納米晶超微晶80*50*25繞玻璃絲帶大功率磁芯,內層次極線徑1.5雙線并繞,繞滿。外層初級線徑1.5X12根,分成兩組各6根各繞6咂(每咂8V),每組接一個H橋,兩組為并聯關系(這樣做是為了布局方便)。移相全橋:暫時用了8只IRFB4668,(實際用80-100V的管子就可以了),Rdson大了些,用IRFB4568應該會更好。

輔助源:采用這樣的輔助源主要是要有確切的起動電壓和關斷回差。在這里調到30V起動、27V關閉。用13V穩壓管實際輸出電壓在13.7V。

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hzx6176
LV.4
4
2018-12-15 13:41

主控板實物照片:

 

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hmy123456
LV.6
5
2018-12-15 22:44
@hzx6176
主控板實物照片:[圖片][圖片] [圖片]
期待樓主繼續,低壓用全橋效率不高
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hzx6176
LV.4
6
2018-12-16 12:52
@hmy123456
期待樓主繼續,低壓用全橋效率不高

現在測試的情況還不錯。升壓部分(移相全橋)主要損耗是導通損耗(將來要選合適的管子),目前主要是做定性評估。如控制策略等。

這個測試是從通信口送出的測試信息,交流輸出電壓按示波器的方均根值效準,輸出電流按FLUKE317鉗流表較準。

這個測試效率包含風扇、輔助源耗電,不含電線耗電。做硬件、軟件調整時定性分析非常有用,方便。

上圖中有兩個交流輸出電壓:前一個是方均根值,后一個是算術平均值,當前軟件中做控制用的是方均根值(真有效值)。這兩個值在波形失真時會不同。

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hzx6176
LV.4
7
2018-12-16 14:31

關于PCB布局:

大電流最短路徑:在PCB上,直流輸入分別用四根6mm2輸入線和輸出線焊在板上,其入點到功率管腳距離5mm。PCB基本不走大電流。用1 昂絲的銅厚都不用開窗鍍錫。基本沒有PCB銅損。 

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hzx6176
LV.4
8
2018-12-16 17:08

功率板上預置了一路AC電壓采樣和一路AC電流采樣電路,以備外接EMC電路、并網切換電路、防雷電路后進行并網功能。也預置了一些AD端口、I/O端口、PWM端口 等,可接駁MPPT光伏充電或貯能方面的功能。 實現上述控制程序均由主控板完成。

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hzx6176
LV.4
9
2018-12-16 19:52

哈哈,亂亂的工作臺。

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hzx6176
LV.4
10
2018-12-16 20:46

為了調試方便,程序中做了Modbus_RTU 服務器,可用通用的Modbus工具進行訪問。6樓就是用Modbus Poll 訪問的截圖。

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hzx6176
LV.4
11
2018-12-17 09:54

前兩天電源網老打不開,今天電源網正常了,發點測試波形。 后邊也談點經驗,供大家參考。

測試探頭連接圖。

1:前橋臂下管DS電壓;2:后橋臂下管DS電壓;3:前橋上管GS電壓;4:前橋下管GS電壓。

當前空載:供電壓60V。閉環,設定母線電壓325V,前后橋相位差接近0。

為了降低空載待機電流,程序中空載設定母線電壓325V,有載時設定母線電壓400V,這樣的好處是,1)空載電流小;

2)在大部分工作電池電壓下,工作狀態和開環一樣(前后橋相位180度)高效率。只有在輕載且電池電壓特別高時才處于閉環狀態。

當前帶載2000W:前后橋相位差180度。

當前帶載2000W:前后橋相位差180度。拉開看一下。1通道上升沿。

當前帶載2000W:前后橋相位差180度。拉開看一下。1通道下降沿。

當前帶載2000:前后橋相位差180度。1通道下降沿。

當前空載:前后橋相位差接近0度。1通道上升沿。

4通道換了高壓探頭,測變壓器次級波形。當前帶載2000W。

拉開看一下。當前帶載2000W。

拉開看一下。另一個沿。當前帶載2000W。

當前帶載2000W。軟啟動的中間過程。

移相全橋DS未加任何吸收電路;次級是全橋整流,未接任何吸收電路。沒測電流,但從電壓波形上看,超前橋實現了軟開關,滯后橋臂不夠軟。在180度相移時,前后橋都是軟開關。

從電壓波形上看,開關管的電壓尖峰基本沒有,管子可選高于最高供電電壓10V的耐壓。80V的管子足夠安全。有時間上個80V兩毫歐的管子測一下。相信效率可以有很大提高。現在是用的IRFP4668。

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hzx6176
LV.4
12
2018-12-17 16:50

輸出波形、THD、等。

軟件中做了過零點關機:用開關關機、120% 過載10秒關機、150%過載立即關機 都是從過零點關機。

只有短路關機、上下橋直通保護是任意點關機。

空載、120W負載、2000W負載時波形差不多都這樣。

過零點波形是這樣的,還沒做死區補償呢,做了死區補償過零點就會更好。死區對過零點影響較大。

帶200W燈泡時的THD。

帶一個200W燈泡+2個1000W電阻時的THD。

帶2個1000W電阻時的電壓,空載時;帶一個200W燈時;帶一個200W燈泡+2個1000W電阻時的 電壓都是219.6~219.7V.

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hzx6176
LV.4
13
2018-12-17 17:07
@hzx6176
關于PCB布局:大電流最短路徑:在PCB上,直流輸入分別用四根6mm2輸入線和輸出線焊在板上,其入點到功率管腳距離5mm。PCB基本不走大電流。用1昂絲的銅厚都不用開窗鍍錫。基本沒有PCB銅損。 

糾正一下:是四根下正極線和四根負極線。

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tianyao9393
LV.5
14
2018-12-17 17:56
@hzx6176
輸出波形、THD、等。[圖片]軟件中做了過零點關機:用開關關機、120%過載10秒關機、150%過載立即關機都是從過零點關機。只有短路關機、上下橋直通保護是任意點關機。[圖片]空載、120W負載、2000W負載時波形差不多都這樣。[圖片]過零點波形是這樣的,還沒做死區補償呢,做了死區補償過零點就會更好。死區對過零點影響較大。[圖片]帶200W燈泡時的THD。[圖片]帶一個200W燈泡+2個1000W電阻時的THD。)[圖片]帶2個1000W電阻時的電壓,空載時;帶一個200W燈時;帶一個200W燈泡+2個1000W電阻時的電壓都是219.6~219.7V.
支持樓主
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hzx6176
LV.4
15
2018-12-17 20:28
@tianyao9393
支持樓主
看來沒人感興趣呀。。
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huhan0609
LV.5
16
2018-12-17 21:17
@hzx6176
自己沙發,慢慢上。變壓器: 納米晶超微晶80*50*25繞玻璃絲帶大功率磁芯,內層次極線徑1.5雙線并繞,繞滿。外層初級線徑1.5X12根,分成兩組各6根各繞6咂(每咂8V),每組接一個H橋,兩組為并聯關系(這樣做是為了布局方便)。移相全橋:暫時用了8只IRFB4668,(實際用80-100V的管子就可以了),Rdson大了些,用IRFB4568應該會更好。
用移相全橋來做逆變器前級升壓在論壇上看到還屬首次,不知道效率和穩壓范圍怎么樣?有創新還是不錯的
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2018-12-18 09:13
@hzx6176
看來沒人感興趣呀。。
幫樓主頂樓
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hzx6176
LV.4
18
2018-12-18 09:32
@電源網-fqd
幫樓主頂樓
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hzx6176
LV.4
19
2018-12-18 09:52

今天將一樓的PCB更換成照片了。

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hzx6176
LV.4
20
2018-12-18 10:47

這次做這款機器,償試了各種管子在逆變H橋上的應用,得到了一些經驗。今天說說逆變H橋的用管體會。

1。IGBT 的使用:這次償試了IKW75N60,用四只做到3000W沒有問題。只是愛飽和 壓降制約,在小功率時效率要低一些。驅動開通電阻可選范圍較大,在不加負壓驅動關斷阻要小于5R。死區也不可太小。做管壓降探測保護的話消隱時間要長些。

2。MOS管:這次償試了FQA28N50。用四只帶到2000W 。用八只帶3000W。這只管子導通速度較快,所以驅動開通電阻要大些,米勒平臺比較平坦;關斷驅動要足,否則可能出現寄生導通,這次沒用負壓驅動,關斷電阻取0R。DS波形可以調到方方正正,效率也不錯。做管壓降探測保護的話消隱時間可以很短。保護點也容易調整。

3。CoolMOS 管:這次償試了IPW47N60C3,和 IPW60R041C6。這兩只管子dV/dT 很大,而其體二極管恢復速度較慢,所以要控制其開通速度,否測就會出現上管導通時下管體二極管還沒關斷的短路電流,這個電流很大,輕則效率低,重則炸管。但控制好了的話,效率比平面MOS 和IGBT高很多。但由于 dV/dT大,做EMC可能很因難。柵極震蕩較難控制。也非常易產生寄生導通。

4.這次對三種管型的償試對比下來,效率CoolMOS 最高,MOS次之,IGBT最低。(這是在2000W,1000W下對比的情況)。

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hmy123456
LV.6
21
2018-12-18 11:03
@hzx6176
這次做這款機器,償試了各種管子在逆變H橋上的應用,得到了一些經驗。今天說說逆變H橋的用管體會。1。IGBT的使用:這次償試了IKW75N60,用四只做到3000W沒有問題。只是愛飽和壓降制約,在小功率時效率要低一些。驅動開通電阻可選范圍較大,在不加負壓驅動關斷阻要小于5R。死區也不可太小。做管壓降探測保護的話消隱時間要長些。2。MOS管:這次償試了FQA28N50。用四只帶到2000W。用八只帶3000W。這只管子導通速度較快,所以驅動開通電阻要大些,米勒平臺比較平坦;關斷驅動要足,否則可能出現寄生導通,這次沒用負壓驅動,關斷電阻取0R。DS波形可以調到方方正正,效率也不錯。做管壓降探測保護的話消隱時間可以很短。保護點也容易調整。3。CoolMOS管:這次償試了IPW47N60C3,和IPW60R041C6。這兩只管子dV/dT 很大,而其體二極管恢復速度較慢,所以要控制其開通速度,否測就會出現上管導通時下管體二極管還沒關斷的短路電流,這個電流很大,輕則效率低,重則炸管。但控制好了的話,效率比平面MOS 和IGBT高很多。但由于 dV/dT大,做EMC可能很因難。柵極震蕩較難控制。也非常易產生寄生導通。4.這次對三種管型的償試對比下來,效率CoolMOS最高,MOS次之,IGBT最低。(這是在2000W,1000W下對比的情況)。
我沒用過IKW75N60,看規格書應該能做4000瓦以上不是問題
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hzx6176
LV.4
22
2018-12-18 11:10
@hmy123456
我沒用過IKW75N60,看規格書應該能做4000瓦以上不是問題
4000W 可能行,只是這次我沒用負壓驅動。前級保護還沒完善,沒再往上試驗。個人認為到了4000W時,導通損耗不小,我這個方案體積小,可能要兩并,以后試了再說吧。這個管子不加負壓,在大電流下也會出現寄生導通。
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hzx6176
LV.4
23
2018-12-18 11:16
@hmy123456
我沒用過IKW75N60,看規格書應該能做4000瓦以上不是問題

我的設計是想能通過150%功率的沖擊。所以選管會保守很多。

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hzx6176
LV.4
24
2018-12-18 11:21
@hmy123456
我沒用過IKW75N60,看規格書應該能做4000瓦以上不是問題

謝謝回復,歡迎交流。

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hmy123456
LV.6
25
2018-12-18 11:29
@hzx6176
4000W可能行,只是這次我沒用負壓驅動。前級保護還沒完善,沒再往上試驗。個人認為到了4000W時,導通損耗不小,我這個方案體積小,可能要兩并,以后試了再說吧。這個管子不加負壓,在大電流下也會出現寄生導通。
這管子估計不加負壓也行,你試試吧,4000瓦估計損耗也不算大,20A時的壓降好像也就1.3伏左右吧。老兄試試,如果可行來年我也打算用這管子搞4500瓦高頻的。這個這管和MOS管80N65相比下,準備對比下看4000瓦時這兩種管哪個更耐操
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huhan0609
LV.5
26
2018-12-18 12:36
@hzx6176
謝謝回復,歡迎交流。[圖片]

樓主,前級用移相全橋效率怎么樣?是全程閉環控制?前級電流不小,用的電流模式控制(沒看到電流互感器和續流電感)?之前也設想過用移相全橋來做逆變器前級,沒有時間試過,不知道相對傳統的推挽有沒有優勢?

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hzx6176
LV.4
27
2018-12-18 22:02
@huhan0609
樓主,前級用移相全橋效率怎么樣?是全程閉環控制?前級電流不小,用的電流模式控制(沒看到電流互感器和續流電感)?之前也設想過用移相全橋來做逆變器前級,沒有時間試過,不知道相對傳統的推挽有沒有優勢?

用移相全橋不錯的,沒有用電流模式。至少管子的電壓可以做到沒有尖峰。我用的非晶環,加上繞行制工藝和布局,幾呼沒有漏感。通過調整死區做到了沒有尖峰。比推挽容易控制,電壓應力只有推挽的一半。這個電壓下找兩毫歐以下的管子也不是難事。我現在用的是8毫歐的管子,在1000——2000W整機效率可到93%以上,用2毫歐的管子還能提高不少。

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hzx6176
LV.4
28
2018-12-18 22:15
@huhan0609
樓主,前級用移相全橋效率怎么樣?是全程閉環控制?前級電流不小,用的電流模式控制(沒看到電流互感器和續流電感)?之前也設想過用移相全橋來做逆變器前級,沒有時間試過,不知道相對傳統的推挽有沒有優勢?

目前測下來前級主要損耗是導通損耗,我試了36.1k和18.05K的頻率,效率看不出變化。用IR2110做的移相全橋驅動,由于其開通延時和關斷延時不同相,當于加入了100mS的死區,我的軟件中死區已很小了,但還是沒有完全實現軟開關。后橋臂上加并電容可能就能完全軟開關了,有時間再細調。從波形上看如果死區再調小,調到上面波形的前一個小缺口處導通就可實現全軟開關了。

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hzx6176
LV.4
29
2018-12-18 22:28
@huhan0609
樓主,前級用移相全橋效率怎么樣?是全程閉環控制?前級電流不小,用的電流模式控制(沒看到電流互感器和續流電感)?之前也設想過用移相全橋來做逆變器前級,沒有時間試過,不知道相對傳統的推挽有沒有優勢?

我是自己的程序做移相控制,要比專用芯片控制調試自由靈活的多。現在調試時在電源入口處加了一個電流霍耳在測電流,后期后級的保護做好了就去掉這個前級電流檢測環節了。

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huhan0609
LV.5
30
2018-12-19 08:33
@hzx6176
目前測下來前級主要損耗是導通損耗,我試了36.1k和18.05K的頻率,效率看不出變化。用IR2110做的移相全橋驅動,由于其開通延時和關斷延時不同相,當于加入了100mS的死區,我的軟件中死區已很小了,但還是沒有完全實現軟開關。后橋臂上加并電容可能就能完全軟開關了,有時間再細調。從波形上看如果死區再調小,調到上面波形的前一個小缺口處導通就可實現全軟開關了。
確實是這樣的,這種低壓大電流的升壓TOP,MOS導通損耗是主要的,開關損耗是次要的,所有零電壓開關優勢并不明顯。
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hzx6176
LV.4
31
2018-12-19 10:14

今天說一下在逆變H橋上使用mos管和CoolMos的時發生寄生導通的問題。

先看幾個波形:

下面綠色是下管DS電壓;黃色是下管的GS電壓。母線電壓380V左右,驅動電壓13.7V.  時間是2.527mmS 處(正弦電壓的峰值附近)。交流負載2000W。

拉開看:

測出這樣的波形時,示波器探頭要下圖這樣用:

否則就則成這樣的波形了。

下圖是關斷驅動為0歐時的波形,(死區1uS)。下管關斷,死區過后,上管導通時電壓上升斜率很大,D點電壓通過Ciss向Crss充電,雖然有驅動電阻向下拉著,GS電壓還是被拉到了那么高。

從圖上看到了4V,實際上不到4V,其中有探頭上疊加的空中輻射。(要上到4 V就炸管了)這就是寄生導通的一種情形。

要克服這種情況,關斷驅動必須是強有力的。從這點考慮加點負壓驅動是必要的。

 

上面幾個圖中大家是不是沒有看到米勒平臺和柵極震蕩?是因為上管關斷的下降沿是由續流形成的下降,不是下管開通帶來的下降沿。下管是零壓開通的。這個時刻上管的G極是可以看到米勒平臺和柵極震蕩。

使用CoolMos 管時更多的是看到柵極震蕩,米勒平臺并不平。

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