新版感应加热驱动电路实测
                                新版感应加热驱动电路实测

    近日着手DIY一台10KW级别的50-100KHz自适应高频钎焊机,其中核心部分就是PLL全桥驱动。
下面是电路
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    与上次感应加热教程不同,这次使用了4046的PDII鉴相器,能适应各种谐振回路。更换了更为精密对称的死区调节电路,增大了门极驱动功率,并增加了较为复杂的自举反偏容性泄放回路。留出了频率输出、过流输出、以及VCO使能,方便日后用MCU进行各种保护和PDM调功,整体来说改进较大。对于电路中关键参数的设计计算,详见此贴[url]https://www.kechuang.org/t/NaN ,同时感谢金坷居士版主开发的计算软件,功德无量。

    下面是嘉力创打样的PCB板,质量不错,服务周到。在此感谢black兄的引荐,以及耐心指导俺学习AD9软件,现今已完全抛弃99SE了。
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下面是一些列实测,我会配合讲解
测试条件:
频率100KHz,40KHz两点
供电电压 24V直流
MOSFET模块 2MI50F-050

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一、上升时间和下降时间
下面分别是40KHz和100KHz时上升时间和下降时间的实测值,分别为(700nS-230.9nS)@40KHz和(745nS-300nS)@100KHz,这种上升下降沿已经足够快速。
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二、驱动电压
下面是40KHz和100KHz下的驱动电压特性测试,可见能输出+15V的正向栅压和-8V的反向偏压,与设计值完全吻合,而且波形无过程和振铃,堪称完美驱动波形。
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三、死区测试
下面是100KHz时,两个不同通道间的死区测试,图中死区为900nS。
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四、驱动级功耗测试
下图可见,MOS模块50A,24V供电电压下,平均电流达到820mA,对于0.23W驱动党,俺给跪了。
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结论:
一、IFR540、9540MOS图腾用于200KHz以内的轨到轨图腾性能优越,但由于有短暂的共态区间,应用于100KHz以上高频时,应做好散热。

二、G型磁罐制作的GDT,漏感极小,绕制方便,美观易安装,建议众TC爱好者普及使用。

三、自举反偏的Cgs泄放电路,性能优越,亦可广泛普及与全桥驱动电路中。

四、GDT传输的功率,尤其是峰值非常巨大,后级应使用功率耐量较大的快恢复二极管和泄放三极管,图中的8550连续工作温度达到80摄氏。RG滚烫。
+1  学术分    y2k   2012-09-15   不差一兩分..
+10  科创币    摩比   2012-09-15   厉害!
+50  科创币    justinpiggy   2012-09-15   echo大作啊,本人很想弄一台感应加热 MOS都有了,就等一个给力的电路啊,顺便求讲解求PCB图了
+1  科创币    坚持and突破   2012-09-15   我等又有参考资料了!
+25  科创币    粤语残片   2012-09-15   
+50  科创币    布布卡   2012-09-15   精品  可以考虑做成模块量产了
+50  科创币    逆天   2012-09-15   好凶残的样子。。。
+200  科创币    拔刀斋   2012-09-17   又见E局大作
+50  科创币    yz710804695   2012-09-30   
来自 电子技术
 
2012-9-15 02:39:28
1楼
E局大作啊!不得不出来冒个泡表示恭喜
实际上可以用两组图腾 让导通时间降低到更小
+10  科创币    ehco   2012-09-15   b哥应该早点说的,来不及了额
+1  科创币    坚持and突破   2012-09-15   rb-sama和black是同一个人吗?
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2楼
做得越来越好了,赞扬!钎焊莫非是用于液机的不同合金钢之间的焊接?

提点工艺上的小建议:PCB焊接时的加热功率或时间可以再加大一些,使得焊锡能够从焊接面自然流淌到对面,填满对侧焊盘,至少达到三分之二以上,但不能两侧加热对焊。对于工作环境严酷的工业设备,这一点比较重要。

非常期待钎焊试机,祝首焊成功[s:274]。
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ehco(作者)
3楼
引用第2楼虎哥于2012-09-15 02:40发表的  :
做得越来越好了,赞扬!钎焊莫非是用于液机的不同合金钢之间的焊接?

提点工艺上的小建议:PCB焊接时的加热功率或时间可以再加大一些,使得焊锡能够从焊接面自然流淌到对面,填满对侧焊盘,至少达到三分之二以上,但不能两侧加热对焊。对于工作环境严酷的工业设备,这一点比较重要。

非常期待钎焊试机,祝首焊成功[s:274]。

嘿嘿,感谢虎爷指导哦,是用于紫铜和钢材之间焊接的。
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4楼
恭喜e局[s:274][s:274] e局打算用什麼焊材?
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5楼
行家一伸手便知有没有!波形果然漂亮一点振铃都没有!方便的话留个QQ好想拜师学艺!
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6楼
echo大作啊,本人很想弄一台感应加热 MOS都有了,就等一个给力的电路啊,顺便求讲解求PCB图了
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7楼
[s:225]      终于看到大作,其实让我意外的是看到“自适应这个词”。我一直比较垂涎于4046的PD2。觉得用好这一功能会有很大的方便。在我早期的4046全桥移相中也是打算用它。甚至现在还想着把它用的PLL 特死拉里面,这样会对调谐带来很大的方便。但由于我自己的能力和硬件有限一直有两个问题困扰着我。1.是自适应锁频会不会锁到谐波上(你是在40K-100K这样的范围内跟踪吗)。2.就是相位补偿中的问题。于是我把精力放到了移相上。把PLL部分又改成了如同你第一个感应加热贴中用PD1的方法。修修补补的目前算是成功了。
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151934


多出来的那个补丁就是为了相位补偿给LPF加的有源滤波。


现在看你的图(还没有看的很透彻)P1到393那一部分应该就是相位补偿部分吧?也是靠393来“斩”一下反馈回来的正弦波吗?那如何保证正弦波的幅度?比如你加入工件, 正弦波的幅度肯定比早先要减低,那通过393出来的脉冲也会变窄。那么它触发PD2就会相移。如何保证工作的稳定性?

如果你能把这一点搞定了,我也果断把我的电路还改回PD2上。


另外期待着你板板[s:178]      [s:230]
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8楼
仿真了你一下393相位补偿部分...............我真是服了你了,服的彻彻底底的.......我怎么就想不到呢.......用正弦波整流再和正弦波比较........这样真的不会受正弦波幅度的影响........你真的是大湿.......我上面问题中的担心完全解决了........[s:332]   [s:332]   [s:332]   [s:332]  


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看你的贴子我真的是学到了东西......不过比较讽刺的是我不是做电子工作的...将来也不会是...
+200  科创币    ehco   2012-09-15   应了那句话,能者自答!
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9楼
区动上升沿好恐怖。。。700ns。。。你确定没打多个零?。。。我的DR,200ns上升,500W都热炸了。。。700ns10KW,你想全桥也用水冷啊。。。
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10楼
回 9楼(jxs) 的帖子
那个水冷模块已经搞定'''前几天才发布的
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11楼
回 3楼(ehco) 的帖子
钎焊可是咱的老本行哦!或许你家的空调也有我焊的产品!曾经焊接的产品过千万个。。。。。!
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12楼
回 11楼(飘飘飘) 的帖子
看了你这么一说,我还专门去百度了一下钎焊。之前还不知道钎焊是神马工艺......
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13楼
超级想搞一个,我的模块是500V 57A的,虽然个头小,但是用在5kW以下应该没问题,就等LZ发布教程了。。。
以前搞过555追频的有点不好用,很容易跑频
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ehco(作者)
14楼
回 7楼(坚持and突破) 的帖子
1.请深入研究一下PDII的结构,是一个鉴频鉴相网络,无论是频率的偏差还是相位的偏差,都能侦测,所以PD2不会锁在谐波上。
2.你已经自己回答了。
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15楼
Re:回 7楼(坚持and突破) 的帖子
引用第14楼ehco于2012-09-15 15:24发表的 回 7楼(坚持and突破) 的帖子 :
1.请深入研究一下PDII的结构,是一个鉴频鉴相网络,无论是频率的偏差还是相位的偏差,都能侦测,所以PD2不会锁在谐波上。
2.你已经自己回答了。




手册上也是这么说的,我也希望它这样.不过我以前自己简单搭电路测试可能是谐振回路的Q值不行里面谐波比较多?也或者引线之类的比较乱引入了干扰?发现有时候能锁上有时候就锁不上了!所以对这里一直有点但心。这次就看你的了。要是测试成功了PD2用起来会有很多的方便。
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ehco(作者)
16楼
回 15楼(坚持and突破) 的帖子
锁不住,多半是移相部分和LPF的问题额,多检查一下。
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ehco(作者)
17楼
引用第9楼jxs于2012-09-15 13:22发表的  :
区动上升沿好恐怖。。。700ns。。。你确定没打多个零?。。。我的DR,200ns上升,500W都热炸了。。。700ns10KW,你想全桥也用水冷啊。。。

额,这个要看用的模块额,用460单管的话,40-60nS的上升时间而已。700nS的时间,与器件手册提供的开关时间出入不大。
151980
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18楼
回 12楼(坚持and突破) 的帖子
你要有兴趣回头发个咱设计的自动火焰钎焊视频给你,电子咱不行钎焊倒动一二[s:274][s:274]
+1  科创币    坚持and突破   2012-09-15   工业设计是你的老本行!
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ehco(作者)
19楼
Re:回 12楼(坚持and突破) 的帖子
引用第18楼飘飘飘于2012-09-15 16:06发表的 回 12楼(坚持and突破) 的帖子 :
你要有兴趣回头发个咱设计的自动火焰钎焊视频给你,电子咱不行钎焊倒动一二[s:274][s:274]

俺主要是用于紫铜和316L不锈钢,或紫铜和45#钢之间的钎焊,求飘飘工艺指导啊。
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20楼
回 19楼(ehco) 的帖子
一两句话是说不清楚的!先给你几点建议1.首先确认你所使用的钎料是银基钎料还是铜基钎料;铜基钎料温度比较高要900几十度和纯紫铜温度1083度比较接近,温度要控得比较准,低了焊不了高了紫铜烧熔!银基钎料温度低是优势但是比较贵相对铜基钎料来说要求零件清洁度要高。我看你要用高频钎焊的话还是用银基钎料比较合适!如果我没说错的话你的工件焊完后有一层黑黑的氧化皮!
  2.为了要有较好得渗透性一般配合间隙单边间隙在0.15-0.2毫米。 3.尽量使两个相焊接的工件,焊接部位温度接近。 4.焊接前在工件焊接部位涂上助焊剂(硼酸三甲酯)  如果火焰钎焊的话用水溶性助焊剂,工件表面不会有氧化皮!      5.如果工件要求较高表面质量可用99.999%氮气进行保护!6.钎焊工件表面太粗糙和太光滑都会影响钎料的流动性!
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2012-9-16 17:24:06
21楼
板做的很漂亮,整整齐齐,跟鬼子的有得比。不过用场管才做到100K频率太低了。IGBT做100K以下足够。
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22楼
回 16楼(ehco) 的帖子
我还是有个问题:你后面的加热部分还是串联谐振吧?如果是,那反馈回来的正弦波信号应该和原始驱动信号有90度的相移。你的393频率补偿部分我仿真补偿范围也就40-50度吧,最多也就70度(原因是因为用正弦波形比较)。这样怎么能顶的住??
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ehco(作者)
23楼
回 22楼(坚持and突破) 的帖子
额,我不是单独取电感或电容的样额,是把槽路作为一个整体进行I-U取样,所以说能适应各种谐振槽路勒。

这是驱动串联谐振槽路的波形实测,移相很好用,能随意调整在谐振,容性和感性状态
下图为弱感性状态,利用弱感性的电流连续性和飞轮二极管实现0电压开启。
功率模块基本无温升。
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2012-9-17 09:07:44
24楼
回 楼主(ehco) 的帖子
老实交代,绞合线那里弄的?
好吧,我承认我只想也想弄点而已。
+1  科创币    ehco   2012-09-17   淘宝 李兹线 一堆一堆的10-2000股的随你选
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25楼
回 楼主(ehco) 的帖子
又见E局大作,整体设计相当完善,功能强大,尤其是栅驱动设计巧妙。
我在公司做过类似的板子给谐振开关电源用,控制用FPGA,驱动级功率没这个大。

有几个小问题:
1,540/9540耐压过剩、Qg较大,可以换成脚位兼容的IRFZ34/9Z34、IRFZ24/9Z24或者耐压和Qg更低的小管,降低共态导通。
2,GDT要用三重绝缘线绕制才能达到安规耐压要求。
3,还是没看明白为什么393的输入用正弦波整流后的电压进行比较,而不是简单地过零比较[s:225],是否为了调节电位器达到输出50%占空比?
4,393输出的上升时间较长、延时较大,导致锁定的相位有误差,除了死区限制还要对相位做限制防止工作在弱感性区时进入容性(此时MOS管的体二极管反向恢复会导致炸管)。用在50KHz较为合适,在100KHz以上的相位延迟较大,必须设置较大的相位限制否则容易炸管,最后一张图dt=560ns已经很临界了。或者在MOS模块上串联快恢复二极管(或肖特基)阻断MOS管的体二极管之后再并联独立的快恢复续流二极管,彻底解决体二极管反向恢复问题,保证容性状态一样能用。
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26楼
回 19楼(ehco) 的帖子
然后真空钎焊、管束钎焊? [s:178]
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27楼
回 25楼(拔刀斋) 的帖子
我这个非专业人士替大师回答一下:
3.不用过0比较是为了形成一个前沿可调的方波信号,用于正个系统的相位补偿。因为反馈回来的正弦波幅度不定,所以我一直纠结.直到看到楼主那样用正弦波整流再和正弦波比较我才茅厕顿开。
4.393延时我认为对系统没有影响,因为在特定的频率下延时是一个定值,电路设计的有补偿功能,所以可以抵消。当然也可以换成性能更好的311,不过我认为100Khz 393完全可以应付!
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ehco(作者)
28楼
感谢刀版莅临指导
1.图腾管的选择确实欠考量,如果有必要,我会改进。
2.这个GDT俺没有做充分的绝缘,匝间靠漆包线的绝缘漆和尼龙丝绝缘,绕组间10层高温胶带。
3.393是利用整流后浮动的参考点作为比较器基准,进行输入信号的反相和移相,整流的目的是让输入信号的幅度不影响移相角度。
4.不光是393,整个环路的固有延迟,通过移相电路后得以精确的补偿,通过锁相环本身严格控制了相位的对齐。所以只要调整在弱感区,是不会进入容性状态的。对于MOS的D极串管,这个模块自带了。
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2012-9-20 15:50:31
2012-9-20 15:50:31
29楼
回 楼主(ehco) 的帖子
就这样的波形也敢称完美波形?就这样的驱动速度也敢说足够快速?就这样的速度,在100K的频率下,别说是硬开关,就是软开关都嫌慢,硬开关100K频率时50A的管子能用到10A就是佛祖保佑!再说你这体积和用料,这么大两个磁罐,做500W开关电源都绰绰有余了,而你竟然只用来做个小小的驱动!都像你这样设计的话,神州飞船永远都上不了天。最后一点,你不好好反思一下你的驱动为何如此耗电也就罢了,竟然能说出“对于0.23W驱动党,俺给跪了”这样的话!你真该跪了!
-1  科创币    justinpiggy   2012-09-21   “给跪”的意思在这里没有贬低,没有不思进取,相反是一种仰慕,别人跪不跪是别人的事
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ehco(作者)
30楼
ls,把您的神舟和波形拿出来我们学习学习吧。再跪。。
+1  科创币    猎鹰   2012-09-20   高质量发帖。。。。我表示对LS无语中
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31楼
灰常不错的设计, 俺习惯了用贴片, 看到这么工整的插件,膜拜下。
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2012-9-21 08:37:32
32楼
回 30楼(ehco) 的帖子
我没有神州,我做的波形你也看到了,什么叫驱动你应该也见识到了!
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2012-9-22 20:44:32
2012-9-22 20:44:32
33楼
期待楼主出个套件啊!!!
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2012-9-27 23:14:14
2012-9-27 23:14:14
ehco(作者)
34楼
回 32楼(hanbreen) 的帖子
等俺蜜月完了再和您慢慢讨论。呵呵~
一点个上升时间何必如此节操何在啊
+1  科创币    猎鹰   2012-09-27   蜜月。。。。。。。我的过氧化氢啊!。。。。。。还有麻烦您让拉风帮我加工啊!昨天他跑了。
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2012-9-29 20:56:31
2012-9-29 20:56:31
35楼
irf540 没有用75nf75可以代替吗?
+1  科创币    yanli12321   2012-09-29   你有IRF9530吗?
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36楼
你有IRF9530吗?
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2012-9-30 01:45:38
37楼
回 36楼(yanli12321) 的帖子
也没有..............
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2012-10-4 16:58:13
2012-10-4 16:58:13
38楼
话说楼主的驱动电源功率是有点大了。我用PC923光耦和mos图腾驱动两只2MBI300N-060在40%的占空比频率60k时上升沿有260ns,悬浮电源12V供电那里的电流大约1.1A,楼主的GDT损耗是不小了
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ehco(作者)
39楼
回 38楼(苦丁茶) 的帖子
同志,不要人云亦云么,GDT损耗可以计算和实测出来的,电路的损耗主要来自PNMOS图腾的共通。
长假后再慢慢解释
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2012-10-5 10:06:39
40楼
回 39楼(ehco) 的帖子
的确是我实测出来的,我的也是mos图腾管子也比较热,但是也没有那么大的功耗
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2012-10-30 17:21:48
2012-10-30 17:21:48
41楼
Re:回 22楼(坚持and突破) 的帖子
引用第23楼ehco于2012-09-16 18:48发表的 回 22楼(坚持and突破) 的帖子 :
额,我不是单独取电感或电容的样额,是把槽路作为一个整体进行I-U取样,所以说能适应各种谐振槽路勒。

这是驱动串联谐振槽路的波形实测,移相很好用,能随意调整在谐振,容性和感性状态
下图为弱感性状态,利用弱感性的电流连续性和飞轮二极管实现0电压开启。
功率模块基本无温升。
.......



请教一下,你的新版感应加热的反馈信号是用什么方法取得的?用的是霍尔传感器,还是线圈做的互感器?


我发现以前反馈信号直接给比较器的话,对信号要求不是很高,但把信号整流再比较的话对信号的强度要求还是比较高的 。


信号的内阻要求比较小 。
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42楼
之所以有楼上的疑问是因为用你那个把正弦波整流后再和正弦波比较的方法我出现了如下的问题:
如我的示意图,我试着用了两种方法采集正弦波,1是自己绕了个电流互感觉器,2是用电阻分压(我是实验性的,电压电流都不大)。但都出现了A点的正弦波削顶的现像。也就是说送入比较器的是一种削了顶的正弦波。只是正半周削顶。。。。。去了那个滤波电容C削顶就没有了。
我自己分析难道是我反馈回来的信号内阻太大。。。
于是我想着用下面的方法改进一下,就是把电流互感器的次级改成两个,一个用来整流,一个用来比较。。。我还没实验,总觉得这样很复杂。
希望你在蜜月中有空看一下[s:274][s:274][s:274]
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2012-10-31 18:49:51
ehco(作者)
43楼
回 42楼(坚持and突破) 的帖子
1.我取样用的是磁环互感器
2.我最新版用的CPLD做的ADPLL+DDS方式锁频,所以相位补偿等全采用了数字逻辑,并非正弦波比较电路。与本贴楼主位图不是一路货色。
3.之前这个电路的试验中,我并未发现削顶的现象,用的外径30mm的铁氧体磁环,多股漆包线绕100T,如果削顶,应该考虑互感器输出的I-U转换电阻是否匹配,因为过高的输入峰值会在比较器中被钳位。
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44楼
[s:227][s:227]三棵油!
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2012-12-9 02:01:51
2012-12-9 02:01:51
45楼
先做个注记,改天绕回来学习[s:274][s:274][s:274]
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2012-12-16 00:34:12
2012-12-16 00:34:12
46楼
电子菜鸟请教楼主老大,这个加热控制原理是不是控制电机正反转的那个h桥原理啊?当然技术关键是谐振电路。
如果用这个在加热工件的时候是工作10秒钟停止10秒钟的工作状况,是否可以在pll锁相环输出控制那里增加开关来控制开停以节省能源?

如果需要更大功率的加热器,是不是更换更大功率的全桥部分功率元件就可以实现了?
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2012-12-21 10:06:53
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47楼
另外还请教,如果连接加热的那个线圈用一根长电线,用于手持,请问可行吗?功率会下降吗?
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2013-3-12 13:24:09
2013-3-12 13:24:09
48楼
回 43楼(ehco) 的帖子
首先请楼主原谅,挖坟一下:
1、磁罐GDT的绕线怎样绕才能达到最好的效果?
2、在DRSSTC中,当顶端放电时,IGBT工作时,栅极波形是否一定发生剧烈抖动?如果抖动,IGBT能否很好地工作在开关状态?怎样尽量减轻这种抖动?
3、我用带气隙的EQ磁芯绕制,栅极波形的前沿振铃很少,IGBT温升较慢,但波形顶端不平,类似于正弦波;磁芯啸叫声很微弱;
      用30mm磁罐绕制,栅极波形是方波,但前沿振铃很严重,IGBT温升很快;磁芯啸叫声很大。
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2013-10-3 22:34:21
2013-10-3 22:34:21
49楼
向楼主致敬
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