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IGBT半桥定频硬开关感应加热实验

正文#
更多 发布于:2014-10-21 06:06
IGBT半桥定频硬开关感应加热实验
科创网 魏广寅 原创,转载请注明本文链接以下是实验电路主要参数:
1、    半桥管:IGBT GT80J101 (600V 80A 200W)
2、    续流二极管(飞轮二极管):RHRG75120 (1200V 75A 85nS)
3、    桥臂储能电容:330u/200V
4、    驱动芯片:SG3525
5、    半桥驱动:EXB841
6、    阻抗匹配变压器:EE85磁芯,初级0.33mm线10线并绕20T;次级0.33线24线并绕5T再并上10平方多股铜芯线5T。
7、    负载线圈:6mm空调铜管在直径8cm圆棒上绕5T 并轴向拉长至5cm,电感量2uH
8、    负载电容:多个电磁炉谐振电容并联
9、    谐振频率36.5KHz,驱动频率,37.5KHz
10、    供电:220V市电全波整流5uF滤波
11、    冷电流5.7A约1200W
12、    热电流4A约900W

调试过程中,烧了N只IGBT后,有以下心得与大家分享.有错漏之处敬请指正.

1、    半桥驱动厚膜EXB841的过流VCE检测电压阈值过高,约为7.3V.大多数管子开通时在这个VCE下已经损坏。所以基本起不了保护作用,在不改变EXB841其它外围的情况下,在6脚与快恢复二极管之间反向串联一个3.6V稳压管(负极接EXB841的6脚),这样,保护阈值就能降到7.3-3.6=3.7V。这样能保证灵敏地进行保护。其次,841进行保护后并未锁死14,15脚的PWM信号,不能彻底关断IGBT二是造成一个振荡。我之前一直没注意这个问题,在调试过程中经常因输出变压器匝数不够造成饱和而烧管,如上改动后,就再没问题。输出短路都无妨。

图片:22__7daf78d9f4489fb.jpg


2、    EXB841的工作频率标称是40KHz,实际工作在70KHz都正常。
3、    坛子里盛行的这个ZVS自激电路做为中小功率DC-DC变换真的很好,要是光用来拉弧就浪费了。由于初级回路处于谐振,漏感造成的匝比不等于变比问题不复存在,因此为匝数设计带来了便利。EC42磁芯轻松做到700W功率,最主要的是高效率,无发热,布线调试都简单。
4、    加热线圈一定要处于谐振,用谐振电容来补偿纯电感的无功功率,使电流与电压同相位,获得最高的输出功率。可以是串联或并联谐振。
5、    负载线圈,用铜管无疑是上佳选择,有着优良的电导率,并且可水冷。线圈不宜绕得过大,如并联谐振时Z=L/RC,电感量越大,总阻抗也就越大,而且铜管本身的铜损也越大,不利于功率的提高。做实验用的,最好控制在1-2uH。上传一个软件,计算值很准确,无LC表的朋友可用这个计算空心线圈电感量。
6、    谐振电容,最好使用专门的高频无感谐振电容,我是采用电磁炉谐振电容,物美价廉。采用多个并联的方式,能有效分担电流负荷。谐振电容尽量靠近线圈安装。以减小槽路串联等效电阻。
7、    ☆重点:阻抗匹配,不管是单管还是推挽,全桥还是半桥,输出阻抗都不可能与负载线圈槽路阻抗相一致,一般都是输出阻抗大于槽路阻抗。在这个应用中,阻抗失配造成的不止是功率大减,若阻抗远小于输出阻抗时会造成重载而使开关管炸掉。因此必须采用某种阻抗匹配手段来实现最高功率传递。通常采用的是变压器匹配和L型匹配。L型匹配是最佳的方式,因为不需要磁芯变压器,而且通过的是高压侧有功功率,电流较小,发热也小。但是匹配电感的数值很难计算和确定,给DIY造成难度。因此我采用传统的变压器匹配方式,变压器油阻抗变换功能,阻抗变换比例等于匝比的平方。电路中采用的是EE85磁芯,初级20T,次级5T。阻抗变换比为16:1。
8、    在调试阻抗匹配的过程中,应固定初级匝数不变,改变次级匝数,同时配合调整谐振电容大小和驱动频率。使在谐振点电流谷值时有较高的空载电流。
9、    并联谐振回路的谐振点很好找,万用表检测市电电流,从高到低缓慢调节驱动频率,找到一个最低电流点,然后稍微增加一点频率,如谐振点在40K,则驱动在42K比较合适,使负载成弱感性,起到一定的限流作用,防止炸管。
 

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接着试验,现将感应线圈减小到4T,谐振电容增大2.5uF,频率提高到39KHz
冷态加热电流已经达到7A,折合功率约1550瓦。

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继续增加功率,将谐振电容再增加2.5uF,频率降到32KHz,工件换为较大直径的,工作电流再次提升到11A,功率接近2400W

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