我的第一台DRSSTC——占空比已调至50%
kcltxinshou2013/04/13高电压技术 IP:新疆
历经四个月,调试成功了第一台DRSSTC,在此,首先要感谢山猫、rudolf、咸鱼超人、rb-sama 的指导与帮助——当然,还有论坛中的许多热心的朋友。
由于夜已经很深,先概述一下:

一、线圈部分:
初级:200mmPVC接头,4mm细铜管间隔5mm绕10圈,只用了9圈。
初级谐振电容:电磁炉0.33微法/1200V,12串4并。容量0.11微法。
次级:110mmPVC管,0.21mm漆包线,约2000圈,线圈高度约49cm。
顶端:大小不一的三只不锈钢盆组合而成。再固定一根2mm铜线作为放电尖端。

二、全桥部分:
IGBT:电磁炉25N120,四只。
电解电容:560微法/450V,两只并联。
吸收电容:天明美国CDE1.5微法,两只并联。
栅极:15V。
整流桥输入电压:交流70V。

三、驱动部分:
电路:DR4,面包板连接。
GDT:26mm磁罐,两只。
OCD未接入。
灭弧:DR0.5中的555灭弧。与驱动电路一起装在面包板中。

上图:
P1060308.gif   
P1060309.gif
P1060310.gif
P1060311.gif
P1060317.gif
P1060318.gif
P1060320.jpg
P1060320.gif
P1060322.gif         
+10  科创币    ry7740kptv    2013/04/13 为了你那超威搭棚。。。
+25  科创币    maxlongint    2013/04/13 鼓励。
+30  科创币    咸鱼超人    2013/04/13 你你!在这样都行啊~厉害啊
+25  科创币    知了    2013/04/14 为你那堆线能正常工作加分
+25  科创币    pavaroti    2013/04/15
来自:电气工程 / 高电压技术动手实践:实验报导
39
 
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~~空空如也
冻土
11年1个月前 IP:未同步
515451
外形略雷,不过真正雷的还是驱动电路。这样居然也能工作,佩服……
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ry7740kptv
11年1个月前 IP:未同步
515456
真怕那面包板稍微一碰然后功率桥boom。。。
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yanli12321
11年1个月前 IP:未同步
515457
初级线圈用鳄鱼夹不会烧焦么?
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kcltxinshou作者
11年1个月前 IP:未同步
515467
这是昨晚写的东西,图片不会整,今天才传上来。
写一写经验与心得:
1、开始是用IRFP250搭棚,高压包做负载,进行调试,拉弧成功,但场管很快暴热。
     用ZVS作信号源对驱动进行检测,驱动 刚通电时占空比50%,波形很好。但多了一会儿,占空比接连发生了两次变化(测的是MOS输出端),最后明显小于50%。原因未知。
2、感光法制作双面PCB的全桥板子,铺锡焊接。IGBT用25N120,经过一番折腾,总算调到电弧较长的效果了。
     每次开机是这样的 :驱动、灭弧一直开着,此时GDT中有音频振荡的声音,较小;全桥供电使用按钮开关控制。
     仍然存在最大的问题就是管子发热很快,所以观察电弧是在全桥通电1、2秒内观察的。时间稍长,管子就暴热。
3、对GDT的波形进行观察,发现上升沿很缓慢、振铃很大。重新用磁环、磁罐分别绕制了较好的GDT,又提高了驱动能力,波形变好了很多。
4、但仍然在击穿管子, 前前后后已经穿了20几只管子了。其中有十几只都是穿了以后用手摸,非常烫手。所以我觉得这些击穿的管子中大多是热击穿。
     还有几只,是将电压加到较高时穿的,估计是电流超过了极限,毕竟这只是25N120。
     然后对栅极波形观察,发现始终是小于50%。我想,如果将占空比调到50%,应该达到了软开关状态,就不会暴热了。
5、 关于占空比这个问题,从一开始就一直困扰着我。首先,对整个驱动电路、全桥电路的原理分析,简单说是这样的:
      即使驱动电路提供给全桥栅极的波形<50%,而当全桥工作时,其电压、电流应该也是正弦波。只不过此时不是软开关罢了;
      为什么驱动波形会<50%?当正弦信号进入74HC14后,由于施密特反相器的两个阈值电压都为正,所以它整形输出后一定是<50%的;而且有一定的延时;
      但谐振电流很大,又经过了磁环反馈,减小了电流但升高了电压,就使得这信号的上升沿很陡峭,以至于整形后非常接近50%,延时也会大大减小;这样,GDT应该输出50%的方波,全桥也接近软开关状态;
      那么,为何我的DRSSTC到前天为止,驱动波形仍然明显<50%?用示波器观察初级正弦波,才发现因受到强烈干扰,它已经不是非常完美的正弦波了——占空比畸变,<50%,以至于之后的一连串......
      我将全桥与初级的连接线的形状、放置的方位等等进行了调整,发现状况大大改善——无论反馈波形、MOS输出的驱动波形,都已经非常接近50了。但IGBT的栅极波形还是略<50%。
      本来以为,这样就应该解决了问题,哪知管子还是热得很快,又穿了两只。
      到此为止,我已经想不出什么办法做到温升很小。难道说,这已经是25N120的极限了吗?
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kcltxinshou作者
11年1个月前 IP:未同步
515471
回 3楼(yanli12321) 的帖子
每次观察完电弧,断电后用手摸鳄鱼夹,都很热,但不烫手。
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kcltxinshou作者
11年1个月前 IP:未同步
515473
补上两张全桥照片
P1060312.gif
P1060313.gif
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kcltxinshou作者
11年1个月前 IP:未同步
515475
回 2楼(ry7740kptv) 的帖子
呵呵,目前为止,倒没有因为驱动部分的松动而穿管。我觉得问题还是在栅极波形上。
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ry7740kptv
11年1个月前 IP:未同步
515480
回 4楼(kcltxinshou) 的帖子
1.用个好点的信号源吧。。。占空比变化应该是输入信号电平的问题;
XXXXT的声音是灭弧信号导致的,具体原理可以自己分析;管子暴热要么是ontime开的太长要么是驱动波形有问题;
XXXXT很重要的,建议在这方面多下功夫;
4.25N120做DR确实勉强了点,这管子参数不是很好;软不软开取决于你的反馈,跟占空比什么的无关,你这个又不是他激的DR;
5.从你的描述上看有点乱,详细说下:
自激门电类型的DRSSTC驱动实际上是用施密特触发器对电流反馈信号进行整形,然后作为PWM信号(50%)驱动功率桥,一般情况下延迟可以忽略,如果延迟特别大,请考虑反馈和推动级的问题,往往非正常的延迟出现在这两个位置,可以尝试把信号反馈互感器绕多一点(100T以上),加强推动级的驱动能力,保证波形上升速度。
LZ多上几张波形图吧,有助于分析问题的!
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知了
11年1个月前 IP:未同步
515544
为你那堆线能正常工作加分,建议更换电容,效果会好很多
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kcltxinshou作者
11年1个月前 IP:未同步
515554
回 8楼(ry7740kptv) 的帖子
有几个问题:
1、即使最终GDT的输出波形占空比不是50%,全桥也能工作在软开关?
2、如何增强推动级的输出能力?你说的推动级是指哪块儿?
3、栅极波形中,低电平的开始处是倾斜的,是什么原因?
4、磁罐绕制GDT,能否达到好的效果?
5、反馈是用大小不一的两只磁环,网线双绞,按1:33:33绕制的。这样是否漏感太大?
6、上面的栅极波形照片,是全桥供电25V时拍摄的。如果电压加大,顶端放电,波形就会左右抖动得很厉害。难道一台效果很好的DR在工作时,栅极波形一点儿都不抖动?
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ry7740kptv
11年1个月前 IP:未同步
515591
回 10楼(kcltxinshou) 的帖子
1.画一下波形图你就明白了!这种电路结构是50%方波无死区的输出;
2.推动级指的就是逻辑部分和功率桥之间的,包括推动管/IC(如MOS图腾,TC4422一类的驱动器IC)还有GDT;
3.能上下图么?
4.没用过磁罐,一般来说常规用EI变和磁环;
5.1:33:33可以,此处漏感不是特别大就没事的;
6.波形抖动是正常的,因为弧容的影响频率会有飘动的,可以找一台数字存储示波器来捕获一段波形来分析;当然上电前用稳定信号源来模拟测试下也是可以的!
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奇侠
11年1个月前 IP:未同步
515593
回 11楼(ry7740kptv) 的帖子
1.如果能做到下降沿比上升沿陡一些的话,就可以产生一个小小的死区了。。。。
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ry7740kptv
11年1个月前 IP:未同步
515598
回 12楼(奇侠) 的帖子
确实,不过我觉得有必要人工产生2us的死区,Steve的UDFWD驱动中有体现~
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奇侠
11年1个月前 IP:未同步
515601
回 13楼(ry7740kptv) 的帖子
解释解释为啥是要2us呢?我觉得应该类似于一个函数,不同频率的TC产生的死区大小不同。
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ry7740kptv
11年1个月前 IP:未同步
515602
记错了。。。2us适用于低频。。。
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打不死的小超
11年1个月前 IP:未同步
515603
看了这个驱动我又有活下去的信心了..................
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kcltxinshou作者
11年1个月前 IP:未同步
515612
回 9楼(知了) 的帖子
你是说换哪个电容?
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kcltxinshou作者
11年1个月前 IP:未同步
515613
回 13楼(ry7740kptv) 的帖子
UDFWD是什么?在哪里?
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ry7740kptv
11年1个月前 IP:未同步
515628
请各位正确使用此份资料!
attachment icon UDfamily.zip 301.08KB ZIP 70次下载
+1
科创币
奇侠
2013-04-14
你还真发了。。。
+1
科创币
山猫
2013-04-15
发这个之前,我已经扩散的到处都是了。。。
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kcltxinshou作者
11年1个月前 IP:未同步
515639
回 19楼(ry7740kptv) 的帖子
是不是很恐怖?打开看看......
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kcltxinshou作者
11年1个月前 IP:未同步
515641
回 19楼(ry7740kptv) 的帖子
难道是单片机+光耦悬浮驱动?
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rb-sama
11年1个月前 IP:未同步
515963
回 21楼(kcltxinshou) 的帖子
FWD是用反馈信号触发MCU的中断提供时序的。
据说灭弧频率调高会发生“打嗝”现象,就是BPS不稳。
但是毕竟不熟悉,所以对这份驱动持保留意见。

对你这台TC感到佩服!居然能搭棚出电路,太神奇了。。。[s:227]
如果玩TC的话,建议把UD2.1版本的驱动玩转来,那基本上从小到大各种体型的TC都能玩转了。

说远一点到TC的驱动发展,我觉得处理器和可编程逻辑元件的组合可能更加FW一点。
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rb-sama
11年1个月前 IP:未同步
515964
回 11楼(ry7740kptv) 的帖子
用信号源调DR很拙计。
普通DR是靠弧容达到动态平衡的。一台好的DR初次谐振频率可能会相差20~50Khz。
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kcltxinshou作者
11年1个月前 IP:未同步
515968
回 22楼(rb-sama) 的帖子
开始对电路原理不是太懂,想到调试过程中可能会对某些元件参数进行调整,于是就打了个棚。
还有就是,一直以来就习惯于先用面包板做调试,等90%成功后再做PCB。
这几天针对25N120管子发热依然严重的现象进行了思考,并想了一些解决方案:
1、50V,管子可以坚持10S开始烫手;70V,3S开始烫手;估计是这种管子不适合大电流。那么我想采用大感量初级,这样应该是谐振电压高而电流小。
2、栅极波形的改善、GDT的绕制还要下功夫。
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kcltxinshou作者
11年1个月前 IP:未同步
515969
回 23楼(rb-sama) 的帖子
ry的意思应该是用信号源仅仅对驱动电路进行调试。
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ry7740kptv
11年1个月前 IP:未同步
515991
回 25楼(kcltxinshou) 的帖子
1.光耦仅仅是悬浮驱动隔离输入信号用的;至于单片机,我觉得对于目前的DR驱动,反馈回路属于时序型逻辑电路,还是以CPLD/FPGA等高集成度可编程器件为核心比较好,而单片机适合处理些实时性不强的事务~
2.确实是这样,在校正栅极驱动波形的时候可以用固定信号源来调试的~
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rb-sama
11年1个月前 IP:未同步
515997
回 24楼(kcltxinshou) 的帖子
槽路只要有能量进入,那么电流是会一直振升上去的。Z只是影响振升速度。
具体还是得要灭弧频率来控制。
拿一些长脉宽灭弧设计的TC来看。槽路电流可能因为互感稳定在100~150A左右。
这个管子肯定是扛不住的。

不过我试过FGA25N120xx后缀忘了。
这管子性能还行,没有datasheet上那么渣。不知你的是什么型号。
一般用这种Ipk并不大的IGBT,会通过提高输入电压来改善。

如果做的TC比较随意。用500V~600V耐压的IGBT比较合适。
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rb-sama
11年1个月前 IP:未同步
515999
回 26楼(ry7740kptv) 的帖子
1[s:3]R的反馈回路需要以FB信号的边沿触发。来响应OCD INT两路信号。两路信号均随机。
从本质上来看并非时序电路。FB信号只是等同CP。
如果用适合执行已经安排好的程序的单片机。最主流方案用多中断嵌套。很麻烦。
至于是否需要利用好各种接口。仁者见仁的事。不必纠结。
2:你可以测一测上电和没上电的栅极驱动波形差多大。
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ry7740kptv
11年1个月前 IP:未同步
516000
回 28楼(rb-sama) 的帖子
2.带载定频测试也是可以的(负载=大电阻),如果不嫌麻烦的话~


另外LZ,25N120哪个后缀的参数都不咋地,换点好的管子吧~
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rb-sama
11年1个月前 IP:未同步
516129
回 29楼(ry7740kptv) 的帖子
如果用60~200KV 20~50KΩ规格的可编程电子负载。没话说。
+1
科创币
ry7740kptv
2013-04-15
你想多了。。。
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kcltxinshou作者
11年1个月前 IP:未同步
516153
回 27楼(rb-sama) 的帖子
昨天说想用这个方案:重新绕一个大感量初级,使谐振电流小而电压高,这样就能使25N120工作在最佳状态了。
现在得更正一下这个想法了。仔细想了想LC谐振、全桥工作原理,才知道:
1、串联谐振时,LC电路等效为纯阻性电路,其阻抗等于L的电阻R。因此,无论L的感量有多大,谐振电流都为U/R。
2、谐振时,L或C两端电压为LC两端激励电压的Q倍,但这并不等于IGBT漏源间的电压。漏源电压近似等于电源供电电压,不会太高。
综上可知,即使采用大感量初级,漏源电压依然不会升得很高,而谐振电流依然会升的很高。这一点,你也提到了。
3、实测L的电阻R=0.6欧姆,如果输入端电压60V,那么谐振电流就达到100A了。
25N120肯定是扛不住了,但论坛中一些TC的参数例如IGBT用50UD,初级铜管电阻R也很小0.5欧姆,电压即使开到150V,谐振电流也有300A。这管子能扛得住吗?
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ry7740kptv
11年1个月前 IP:未同步
516168
回 31楼(kcltxinshou) 的帖子
你好像分析反了。。。
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ry7740kptv
11年1个月前 IP:未同步
516173
针对27至31楼的问题我作下总结:
1.功率逆变部分的负载在调试阶段可以用阻性负载来代替,我不认为非得达到DRSSTC的工况才能调试好桥,很多开关电源调试的时候也是在假负载条件下进行的,DRSSTC功率桥承受的起伏式的大电流变化和频率飘忽不会明显影响到栅极驱动效果的;
2.不管逻辑驱动是不是时序电路,都无所谓,划为哪类都可以,只是他确实需要实时性强的软/硬件来操作,所以我后来也改变思路开始向可编程逻辑器件+单片机结合的方向进行研究;
3.关于电流振升的问题,27楼说的无问题,我是想说的是31楼的推导和计算有很多问题,致使结果和实际情况背道而驰,串联谐振时与Q直接相关的只有L/C两端激励电压,不能因为L的R来推出槽路电流,因为电容的ESR也是需要考虑的问题。如果按照LZ的思路,那么同等f下大的电容ESR小,再根据I=U/R,L不变的情况C越大I越大,所以这个推导是有问题的!
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kcltxinshou作者
11年1个月前 IP:未同步
516188
回 33楼(ry7740kptv) 的帖子
嗯,我在理论方面还要加强学习啊,呵呵
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robbie
11年0个月前 IP:未同步
531081
楼上全部大神啊,我更没信心玩DR了,还是做一些冷门的东西有发展前景
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kcltxinshou作者
11年0个月前 IP:未同步
531267
回 35楼(robbie) 的帖子
许多东西原理上都有相通之处,搞懂了这个,就可以举一反三了。
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robbie
11年0个月前 IP:未同步
531305
回 33楼(ry7740kptv) 的帖子
对于DR中使用全桥(半桥)串联谐振拓扑,槽路阻抗,峰值电流,峰值电压等等之间的关系搞得不是很清楚,请求RY讲解,以及对于不同灭弧频率和脉宽下,这些会有什么改变?
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太阳火26
8年3个月前 IP:河南
808230
散热器 看上去太小了!
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kcltxinshou作者
8年2个月前 IP:新疆
813308
引用 太阳火26:
散热器 看上去太小了!
已经换了
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