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构思谐振电镀电源

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luyuc
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  • 2009-10-20 11:36:56
我坚信对于如此大功率的设备,软开关的优势将是非常明显的,只是软开关的可靠性仍然是倍受大家指责的重要缺陷.但我明白这一点,由于之前没有数控的完善管理,单单是借助于硬件,无论如何也无法满足软开关必要的全部追踪管理要求;

1. 全谐振必然带来谐振电感的损耗与谐振电容的损耗,用全谐振方法适合做电镀电源吗?我一直在考虑这个问题,而且非常为电感的发热问题担心;

2. 现在大家所用的电镀电源看不到输出电感,却以 PWM 方式工作,一个问题是:这样的电路是靠漏感工作的吗?

3. 我动手制做了一个变压器: EE110 初级14匝、次级1匝,次级用 35 平方的电缆4路直接 U 型穿过铁芯的窗口.然后我测量了初级的电感量,1.25mH; 次级短路,测量了一下初级的漏感, 76uH;

4. 一个PWM硬开关,初级漏感76uH,那 IGBT 将是何等的悲惨!? 也许是我的变压器漏感稍大,但是一个次级如此大导电截面并且是单匝的变压器,次级导体空当面积可能太小吗?

5. 整流输出有漏感、变压器次级有分布电感、而现在电镀电源的主流全是硬开关 PWM ,我非常难以理解!现在即使我不想用谐振的方法也不行了,因为太过于大的漏感引起关断过压严重,关断损耗严重,我现在手工制做的变压器根本难以硬开关的方式工作;

6. 经过一番折腾,就看出了问题的本质,做好一个硬开关电源也不是那么容易的!

7. 现在可以非常安心地向谐振迈进了.初级电感 1.25mH,漏感76uH,很显然如果完全借助漏感来谐振,那么在 20KHZ 下工作这个漏感还是偏小; 如果外加一个电感就要考虑外加电感的散热问题,那么能否考虑增大漏感呢? 显然只要略加气隙,就会使漏感大大增加,这就指明了问题解决的方案;
小功率谐振变压器磁芯中柱有气隙 0.6mm)









8. 我期待漏感能达到 212uH 左右,在谐振电容 0.3uF时谐振电压峰值能达到600V以上,初级空载时希望电感量达到 600uH 以上,以减小励磁电流;






9. 为了防止铁氧体磁芯饱和,我加入了一层3mm后的材料当气隙,我又进行了一次测量,次级开路时初级98.5uH、次级短路时初级84uH; 这两个电感量相差太小了,看来节省一个电感器将是得不偿失的,而且一旦铁氧体饱和,电路的风险是非常大的;

10. 山回路转,又绕回到了串联谐振,这下子也别耍 LLC 、玩谐振变压器了,老老实实地走串联谐振吧!

11. 串联谐振有两个常用的模式 ZCS 、 ZVS ,为了避免发生重谐振电感的高温难以处理的问题,我选择了 ZVS 动态死区的软开关工作模式;初级不再单独加感,让ZVS电容和初级漏感直接发生谐振,调频调功;仿真表明,电流调整范围不是非常大;




小荷载下 ZVSC=104


大荷载下 ZVSC=104


12. ZVS 的品质管理与品质追踪问题.因为空载电感为1.25mH ,难以满足ZVS过渡,将导致产生严重的硬开通问题,因此必须处理这两个问题,请参考文章:
《嵌入性控制器的实施方案》
http://www.dianyuan.com/bbs/d/57/196416.html

13. 大功率设备小输出的困难比较大,我将采用“打嗝模式”来平均.

14. 次级单匝绕阻的分布电感因绕阻的形状变化很大,将变压器从机器上拆下来,用导线短路次级,这时初级漏感到了156uH ,在机器上测量漏感只有 76uH;

15. 定下走 ZVS 路线,可以控制汇编了,在汇编的过程中,多次进行了电路仿真以求出 ZVS 特征时值,并构建人机对话模式;

16. 单单是在40%-100%的连续调整范围,用户无法接受,这就出现了一个ZVS的困难,现在必须加入“ZVS电容分组运行”的技术了,让负载在5%-100%内没有硬开通;

17. 控制问题要求在满载电压与满载电流围成的矩形区域内任何一点稳定运行;

18. 可以采用有源容性边缘处理电路方式: (只画出半边,另半边自行分析)




《一种软开关电源的设计和研究》
在电路中使用饱和电亢器做边缘谐振,避免了线性电感器谐振发热的问题;



luyuc 实验室
细节陆续刊出、实验继续中
QQ:6231403 http://www.luyuc.com

1899531195456721.pdf

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sigea
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  • 2009-10-23 09:58:52
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请问那个谐振的频率是多高啊?
luyuc
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  • 2009-10-23 11:47:59
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自然谐振频率 33k;
艾青
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