自制高压电源遇到问题,请高手指导

很久没上过科创了。两年多以前,从没有任何基础,到处东拼西凑的学着玩,到现在能勉强看懂谐振,这过程,不知道有多痛苦。

中途,各种ZVS,ZCS,半桥,全桥硬开关,基本全都尝试过。关于ZVS,去年最大做出了32管的怪兽,但其实一点也不好用,主要还是因为超大功率的直流低压供电问题,几乎没法解决(为了给这个怪兽供电,都借了别人一个工业级的电焊机来用)。。然后各种MOS管,IGBT单管烧毁无数,而且200A级别的IGBT半桥模块,就因为硬开关超频使用而炸毁了2对(真心贵),三重绝缘线(单根线4000伏绝缘的那种)也因各种绕制不成功,绝缘处理不好而浪费了不低于5公里的长度。

然后,到现在为止,依然没能做成功。

目前正在使用的全桥软开关驱动,配合LC谐振做的个高压电源,总是遇到一些无法理解的问题。

电路的具体参数如下:

驱动部份:以3846为基础的ZCZVS软开关驱动,输出功率由改变运放输入信号来调节驱动频率,测试最低频率1.8Khz(1%),最高频率50.65Khz(100%)。

功率模块:两个半桥的英飞凌FF100R12KS4 IGBT模块组成的全桥。

微信图片_20190504182535.png

微信图片_20190504182516.png

 

谐振电容:81.3nf。

谐振电感:A,136uh。

                  B,297uh。

逆变变压器磁芯:PC40结构的UY30。

微信图片_20190504182521.png

 

初级线圈:A,17T,1mm直径漆包线绕制。

                  B,17T,14AWG超软硅胶线绕制。

                  B,20T,14AWG超软硅胶线绕制。


次级线圈:A,1500T,0.25平方单根三重绝缘线绕制,每绕完一层,便涂706硅橡胶绝缘处理。

                 B,5000T,0.25平方单根三重绝缘线绕制,每绕完一层,便涂706硅橡胶绝缘处理。

                 C,7500T,0.25平方普通单根漆包线绕制,每绕完一层,便涂706硅橡胶绝缘处理。


微信图片_20190504182502.png

 

微信图片_20190504182506.png

 

供电电压:220V全桥整流滤波,输入至功率模块时为310-313V。


具体固障表现(驱动功率调为1%-20%之间,功率再调高则花火隙会因电孤飘升而起火):

A使用:谐振电感A+ 谐振电容 + 初级A+ 次级A 的组合时 表现为次级电压极低,需要调驱动功率至1%左右,花火隙才能击穿8mm空气。调至20%驱动功率时,谐振电感升温极快,3分钟内能升温至100度。IGBT模块发热,5分钟内能升温至50度。花火隙表现远超过的12V驱动的ZVS放电能力。


B使用:谐振电感A+ 谐振电容 + 初级B+ 次级A 的组合时 表现为次级电压极低,需要调驱动功率至15%以上,花火隙才能击穿8mm空气。调至20%驱动功率时,谐振电感升温极快,3分钟内能升温至100度。IGBT模块发热,5分钟内能升温至50度。花火隙表现远不如一个最基本的12V驱动的ZVS放电。


C使用:谐振电感B+ 谐振电容 + 初级B+ 次级A 的组合时 表现为次级电压极低,需要调驱动功率至2%以上,花火隙才能击穿8mm空气。调至20%驱动功率时,谐振电感升温极快,5分钟内能升温至100度。IGBT模块发热,7分钟内能升温至50度。花火隙表现远不如一个最基本的12V驱动的ZVS放电。


D使用:谐振电感B+ 谐振电容 + 初级C+ 次级A 的组合时 表现为次级电压极低,需要调驱动功率至2%以上,花火隙才能击穿8mm空气。调至20%驱动功率时,谐振电感升温极快,10分钟内能升温至100度。IGBT模块发热,12分钟内能升温至50度。花火隙表现远不如一个最基本的12V驱动的ZVS放电。


E使用:任意组合+次级B,或次级C。驱动调任意功率,花火隙无输出,磁芯尖啸(万用表测次级输出电压为0,线圈内部万用表测线路没断,阻值对应得上线长度的计算值)

微信图片_20190504182528.png

 

微信图片_20190504175211.jpg

 

F使用:任意谐振电感+谐振电容,将变压器替换为纯阻性负载(卤素灯,100W+100W+200W),100%功率使用,谐振电感巨热,IGBT模块不发热。

微信图片_20190504182509.png

 

微信图片_20190504182513.png

 

需求:期望解决LC串联谐振时电感发热问题,期望解决输出效率过低问题,期望解决使用次级B,C时无输出问题,期望解决电压过低问题。

可改动部份:逆变器初级,逆变器次级,谐振电感,谐振结构(如串联谐振改为LLC谐振等)。


求大神指导处理初级,次级,电感,LLC谐振问题。。。。。。


[修改于 7 个月前 - 2019-05-04 21:41:53]

来自 高电压技术
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2019-5-4 18:19:02
jeilly6100(作者)
1楼

图片上传有问题,现在挨个尝试补。。。

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jeilly6100(作者)
2楼

驱动组成图:


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jeilly6100(作者)
3楼

图片好像一个都没上传成功。。。。明明上传好了,然后找不到。直接CTRL+V的,发出来也看不到。。不知道怎么处理了。

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4楼

图片可以重新编辑修改帖子,不用回帖补。你的情况多半是只上传了图片,没有插入文章。网站基本使用方法问题,自己玩一玩弄熟悉,所有内容都可以编辑,不怕没发好。

[修改于 7 个月前 - 2019-05-04 19:33:47]

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jeilly6100(作者)
5楼
引用:虎哥 发表于4 楼的内容:
图片可以重新编辑修改帖子,不用回帖补。你的情况多半是只上传了图片,没有插入文章。网站基本使用方法问题.....

图片处理好了。

电感发热的问题,其实也知道两个解决办法,一种是换更大的磁芯,一种是开气隙…问题是两种都不是合适的选择。还有第三种好像说是要加粗线减匝数来着,不知道是不是可行,然后而这么做,应该会改变已经设定好与驱动频率相同的谐振频率了~。

然后最大的问题在于逆变器那块。20%功率下,输出连根火柴都没如,却能让整个模块都开始发热~这块的问题到底处再哪里,实在想不通了。

然后次级5000T和7500T的情况下,干脆就可以没任何输出,磁芯只会叫…

我发誓没有瞎绕线,也不是内部击穿的问题,根本就是一点输出都没有~

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6楼

1、楼主总共发了22个帖,其中19个提问帖,2个半提问帖,只有1个帖子是分享帖。

1.png

2、楼主9年前开始发第一个提问帖,9年。。。博士都该毕业了!!如果有人呼吁“对新手友好”,不如说“对老炮儿友好”。

4、建议把电路图发一下,看文字和实物图纯属考验想象力,大家都不闲,没功夫揣测你的电路。

5、你需要一个炮灰示波器来看波形,无波形无真相。

6、你需要从电路原理开始,系统学习大学电力电子方向的课程,耗时只需1年。

别问我3呢,因为话太难听,被我删掉了。

[修改于 7 个月前 - 2019-05-04 22:21:23]

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4
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7楼

高压变压器做成油浸的,绝缘能力会大幅提升。骨架设计的好都不用三重绝缘线

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2019-05-05 10:03:05
jeilly6100(作者)
8楼

@LED示波器没有,也玩不到那个级别去啊。

然后业余就是业余的。玩能材到玩电子,中途还折腾了一年多了3D打印机,和猴子没区别,弄不好明年又改玩机械了,所以别说9年,90年都不够。

驱动电路图我发上来。

驱动板.pdf
66.0k
PDF
22次下载

 至于功率模块和整流桥模块,就可以不用贴图了吧?无非就1个100安的整流模块,1个6600uf的滤波电容,外加两个半桥模块,然后上了两个吸峰电容,输出端由两个103电容和一个30欧50瓦的电阻弄成的防空载保护。

驱动板的控制信号,是一个单路的PWM模块输出到驱动板的3,4号脚。

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jeilly6100(作者)
9楼

@苦丁茶我看看用3D打印,打我组吨层骨架出来,然后上油浸试试。

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10楼
引用:jeilly6100 发表于9 楼的内容:
@苦丁茶我看看用3D打印,打我组吨层骨架出来,然后上油浸试试。

3d打印密度不够,应该用亚克力或者聚四氟乙烯材料车削加工

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jeilly6100(作者)
11楼

发现个很有趣的事~100瓦的卤素灯,和逆变器一起并联在输出端,驱动功率调到9%,能爆出1000瓦卤素灯的亮度~

当然,驱动功率开到10%以后,卤素灯里的钨丝没了~一丁点儿都不剩~

 

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12楼
引用:jeilly6100 发表于8 楼的内容:
@LED示波器没有,也玩不到那个级别去啊。然后业余就是业余的。玩能材到玩电子,中途还折腾了一年多了3.....

PDF打不开,建议直接帖图。业余不代表不专业,如果排斥专业,我觉得网友帮你看图纯属浪费时间。

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jeilly6100(作者)
13楼

@苦丁茶3D打印机用PP材料打出来的东西,超过5毫米厚度,能扛要-0.095兆帕的真空,然后耐热150度左右。证明强度还能过关。

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14楼

https://www.kechuang.org/t/67415

无力吐槽了

看来得由有特异功能的网友靠超能力远程测量帮楼主解决问题

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jeilly6100(作者)
15楼

@LED  截屏了。图片比较大,显示屏分辨率只有1920。截下来的图,应该勉强还能看得清楚。

mmexport1557024617346.jpg

 

另外,不是排斥专业,而是术业专攻的问题。自己想折腾的东西,整个过程需要涉及的专业太多了。说明年就玩机械,都不是开玩笑的。

高压解决以后,要面对的就是高真空了,分子泵肯定是不会买的,所以~

再接下去,要面对辐射,中子放射这些,后期又得回到机械部份,比如高压蒸汽锅炉,涡轮汽轮机,磁流体发电机这些,然后又得回到电子,把高压直流转换回低压交流。

所以并不是排斥专业,而是单纯的希望所学的刚刚好能解决够用的就行了。

说到分享,我自己专业的部份,是汽车防盗这块的,开锁,破解发动机防盗这类。比如我自己用根回形针开个锁只需要多少秒这类的。问题是这些东西,不适合流传也不能分享~现实生活中,我也只是一个做车锁车钥匙的。

然后,手头有一大堆关于核融合的理论和计算数据,是对是错还分不清。发上来估计也只会讨骂。

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jeilly6100(作者)
16楼

@信仰は儚き人間の為 其实驱动电路部份,是没什么问题了。驱动电路寄出去花钱找专业的人去的测过,他告诉我没问题。

而且实际测试中,功率部份除了电感发热,都没别的问题。只是功率部份和逆变磁芯这块,太重太大,也没法寄过去让别人帮忙测。

所以现在面对的,还是变压器这块。

当然,说到示波器~看完你转发的那个,我都不好意思开口了。因为说的就是我这类人。

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17楼

【匝比不要太高】否则副边分布电容折算到原边会等效成一个很大的电容 

【副边分段而不要分层绕制】抛开绝缘的问题 分层绕制的分布电容更大 如果不在LCC的谐振工况下 会有大部分功率从次级分布电容旁路掉 从引线输出的功率很小很小 而且较大的分布电容不利于构建LCC拓扑 因为要满足空载和满载都能软开关的话 如果使用定频驱动 谐振电容和等效并联电容是要满足1:2还是1:3的比例来着 然而这种高压磁芯注定了漏感不会小 必然导致谐振频率非常低 磁芯工作效率也非常低

【骨架】最好使用特氟龙车床加工成形,PLA或者ABS 3D打印的骨架孔隙率太高, 即便泡油也会击穿(实测过)

【谐振电感】如果漏感不够用,非得增加额外的串联谐振电感,那么请使用利兹线绕制的空心线圈,不会饱和 不会发热

【变压器绝缘】优先使用变压器油真空工艺浸泡

【驱动拓扑】优先使用LCC,简单可靠高效耐操

下面是我弄的变压器 和放电效果 供参考

9a114bd8d406bf34a0011933b5f46eb.jpg

 

92218e332f8ba3baa59681e8aea4a59.jpg

 

3cba5c100e83ed07c8595dd8caa7d97.jpg

 

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4ca7d159c0bb43cd0aacedd3f797e44.jpg

 

529f08d6352ed10c7c40916fc44d614.jpg

 

 

[修改于 7 个月前 - 2019-05-05 11:25:24]

+5  科创币    虎哥   2019-05-05   正能量
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jeilly6100(作者)
18楼

@ehco匝数比这个问题,前面隐约考虑过,不过当时忙着收拾残局去了,所以很快就被忽略了。

注意到匝数比的时候,是因为无聊,用1毫米的漆包线绕了个200T的次级…然后上电测试时,20%驱动功率,让次级尝试拉弧。然后瞬间次级漆包线圈被闪熔了一大半,连带着UY30磁芯炸毁一个。


只是匝数比不够的话,电压上不去也是个麻烦事,毕竟倍压模式不是很适合用。


我尝试一下按你的包去做~

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19楼

降低匝比 提高初级电压即可 我上图变压器设计是100v输入 50KV输出

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jeilly6100(作者)
20楼

@ehco 请教一下,这种多层骨架,绕好后直接油泡抽真空,那还需要做层间绝缘吗?

而且这种绕法,非常困难,一不小心就会出现错层~

IMG_20190505_123717.jpg

 

IMG_20190505_123711.jpg

 

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jeilly6100(作者)
21楼

@ehco 我的变压器设计的是300伏输入到全桥,50%占空比。输出期望是能到70kv,但现在这情况能到50kv的话,已经很高兴了。

你的变压器,是变压器输出直接有50kv,不是倍压后才有50的吧?

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22楼

试试传说中的移相全桥吧,虽然不是啥新技术

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23楼

直接输出50KV 其实还可以更高 怕输出的端子承受不住 六倍压后输出300KV

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24楼
引用:jeilly6100 发表于20 楼的内容:
@ ehco 请教一下,这种多层骨架,绕好后直接油泡抽真空,那还需要做层间绝缘吗?而且这种绕法,非常.....

不用做层间绝缘 绕制的时候千万要带手套 不要让汗渍污染漆包线 绕好后不要上磁芯 接到自耦变压器上 调节合适的电压 使温升到100摄氏度左右 蒸发掉水汽 有条件用真空脱水效果更佳 然后直接进入真空浸油环节即可

绕制的时候乱绕即可 不要刻意追求平绕 乱绕的分布电容还要低一些

[修改于 7 个月前 - 2019-05-05 15:25:09]

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jeilly6100(作者)
25楼

@ehco  开始绕着绕着就乱层了,应该是第5层开始,上下层就有交错出现了。开始还能做到每300圈贴一层隔离,等到后面,就完全乱层了…现在正在拆…😂

IMG_20190505_170426.jpg


然后关于LCC,网络上的资料太少了,绕了一圈下来,几乎看不懂。只整理出了个这么一张图来。关于频率怎么算,电容电感的安排,都没找到合适的资料,一篇论文里说Cr是隔直电容,还有个论文里又说是谐振电容…然后说fs=fm=fr ,这个fm从哪来的都不知道。所以目前我也没点概念。

mmexport1557047091985.jpg

 



然后我自己找现有的电容(1.2uf,1500v,图片上蓝色的那个大家伙)接上乱试,结果连灯都点不亮。原先的谐振电容是81.3nf的,按道理,也不该不亮灯。

IMG_20190505_165441.jpg

 

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2019-09-07 18:05:33
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26楼

不知道楼主的项目怎么样了。我觉得需要更改的地方:1,原理图igbt上面的GE的电容我觉得有点多余,增加上升时间,导致igbt功耗增加。2,谐振电感工作在自感模式,热量大是正常现象,解决办法是增大电感体积,电感增加散热。3,LCC电路中的CR确实是谐振电容,与其中的L参与谐振,另外可以把CP看成一个分流的电容,CP短路走了通过变压器的电流,只有让CP的电流饱和之后,才有电流流经变压器,次级才能产生电压。至于选取多大的电容,可以查一下公式,我忘了。如果对次级的输出电压控制精度要求不高,可以取消CP,但是这样的结果就是次级在空载的时候无法输出低电压。4,变压器最好放在变压器油里面,防止危险并防止放电。

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2019-09-21 16:33:59
2019-9-21 16:33:59
27楼

LCC电路现在很成熟了。最关键的问题,电路的设计,应该是通过建立电路模型,根据输入输出条件把中间谐振部分的参数计算出来。如果可能的话,配合仿真就更好了。

如果参数不计算,就是通过不停的尝试不同的器件,那么很难做好的,变量太多了。


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