嵌入性谐振控制方案

. 借助数字控制器可以对任何一个数学猜想的控制方案非常方便地进行大量实验工作,构思一个新的拓扑并迅速完善电路,指令汇编的开发方式优于单纯硬件的开发方式;


数字电源控制器及其作者 (介绍有先后次序但没有轻重之分)

1.hao_zi 的控制器



2.无疆的控制器



3.秋风的控制器



4.luyuc 的控制器



5.电磁宝的控制器

. 数字化工控电源包括数字化过程控制和数字化软件开关驱动两大部分;软件驱动是用指令直接控制大功率器件进行功率变换,其显著特征在于功率器件的开或关的动作放在指令下面,本机自身可以调用该指令,也可以通过网络调用该指令控制机器运行;这样的机器是“完全汇编”的,非常利于用软件开发及用软件优化; 单单是软件驱动仍然不够强大,一台工控数字化电源至少实现“控制环路的变量是通过数字方式进行处理”; 对于复杂的过程控制,数据库非常重要,在实验室内将优化后控制参量存储在数据库内,然后现场重现该控制过程;
. 非常关键的一点在于,数字电路在每一个 π 导通开始到结束都采取很多可能的动作
. 开通后对电流逐点扫描
. 根据电流的行为做出复杂的算法与模式的智能控制
. 可以用数据库来选取最佳控制参数,这一点象是在控制发动机
. 数字电源的控制使能: 1.自诊断; 2.外部通讯; 3.实现变换器控制,包括(功率器件的驱动控制、动态死区控制、频率跟踪控制、ZVS电容分组运行控制、有源感亢/容亢辅助边沿谐振控制、离散运行控制等); 4.实现本机特殊功能的操作系统/人机接口; 5.调用数据库实现过程控制;


. 在20世纪70年代非常流行的串联谐振变换器;


1. 实现 ZVS 动态死区控制
获取 ZVS 特征时值 τ :


1.在 Q1 关断时刻软件开始计时
2.在 Q2 上出现“零电压"信号时结束
3.特征时值 τ 得到


2. ZVS 电容的分组谐振运行.
. C1、C2、C3 多组 ZVS 谐振电容
. 继电器投切分组运行
. 实施动态死区追踪控制


3. ZVS 品质管理 静态电路完整性诊断
很多因素会破坏良好的 ZVS 换相过程,使 IGBT 陷入比硬开关还要艰难的处境中,比如工作中串联回路突然断开就非常危险,甚至当串联回路不完整时启动逆变器都是非常危险的,IGBT 工作在沉重的容性硬开启下,惨痛而艰难,很容易引发锁定现象而炸管;电源电压的抖动和负载的抖动也会突然破坏良好的 ZVS 换相;这也说明了“软开关”的致命弱点,降低了损耗但是不见得提高了可靠性,因此必须创建 ZVS 品质管理、品质追踪;
单次较长脉冲开启 Q1 ,关断 Q1 后开始计时
A 捕获TS零电压信号超前、过速说明 ZVS 电容已脱离电路(损坏)
B 捕获TS零电压信号滞后、超时说明谐振回路断开,无感性回路


4. ZVS 品质追踪 工作中监控 ZVS 的过渡情况
给出一个变量,并限定最大值
在正常换相时每次关断 Q1 时
捕获捕获TS零点压信号正常 变量+1
捕获捕获TS零点压信号超时 变量-1
变量归零时说明 ZVS 过程已经被破坏,必须进入“打嗝”模式重新软启动
破坏的原因可能是电源、负载的抖动以及谐振回路突然断开等;


5. 关于 ZVS“打嗝模式”的主要作用
. ZVS失败、过流、欠压等很多问题都要进入“打嗝模式”来缓解故障
. IGBT 息弧
. 变压器饱和抑制
. 谐振衰减


6a. ZCS 频率追踪模式 1 (临界追踪,滞后鉴相)


假设关断 Q1 时电路呈感性时,P3 是高电平
那么每次关断 Q1 后都来查询 P3 的状态
是高电平就将导通周期拉宽
是低电平就把导通周期缩入
这样很快就逼近到了谐振点并锁相追踪


6b. ZCS 频率追踪模式 2 (临界追踪,超前鉴相)
. 开通后始终追踪正向电流信号
. 当正向电流结束时立即换相
对比 CD4046 ,MCU 在灵活性上要高地多,并且有很强的智能性
1899531200796130.pdf
6c. ZCS 频率追踪模式 3 (包络追踪,插值鉴相,MHZ谐振控制方案)
. 利用开关电容回路采样峰值电流信号
. 高频端导入
. 插入频率增量,检测测谐振电流峰值增量
. 寻找最高电流峰值点
. 最低输入阻抗点,即是自然谐振频率点


6d. ZCS 频率追踪模式 4 (包络追踪,取样鉴相, LLC 谐振控制方案)
. 从高频端导入
. 采样次级DC输出电压信号
. 达到电压边界立刻拉高谐振频率


8. “三电平”离散控制方案, 基于 ZCS 的离散调功控制方案,首先要频率追踪到弱感性,否则容易引入容性硬恢复



交替开启 Q1-Q3 、Q2-Q4 同步侧向激励,输出全压 V1
插入一个 Q1 或 Q3 单管开启的 π ,自由震荡,输出零压 V2
插入一个休止的 π ,阻尼震荡,输出抑制电压 V3
(如果是半桥就只能是“两电平”:激励V1、阻尼V3)

1899531200445558.pdf

9. 两种基本的结构取舍 (ZVS \ ZCS )
良好的 ZVS 设计和良好的 ZCS 设计有一种本质的矛盾性,二者可选择其一深入发展;
ZVS 用于动态死区下的感亢降压
优点是调频实现功率调整性能好、无谐振电容高应力、
缺点是初级电流波形不好——锯齿波、初级有无功电流分量、
ZCS 用于频率追踪下的串联谐振
优点是初级电流波形好、无功电流分量小、IGBT 的导通损耗小
缺点是采用调频调功不太理想、离散调功不连续、谐振电容应力高、
不易同时实现大范围的动态死区与大范围的频率追踪


10. ZCS_ZVS 交替追踪控制模式
A 临界追踪(固定死区)
. 频率追踪是一种“临界追踪”,始终调整临界追踪点
. 在固定死区下,换相辅助较大的 ZVS 电容时,仍然可以追踪到弱感性
. 当换相时的感亢能量较大时就能确保 ZVS 品质
B 交替追踪(动态死区)
. 调功产生很大的调频范围,当换相时的谐振回路电流很小时必须给出较大死区
. 死区追踪与频率追踪交替,较大的死区追踪范围可以适应宽的负载范围
. 必须做 ZVS 品质管理,防止 ZVS 品质跌落
C 实现的意义在于
. 实施调频可以连续调功
. 纯粹的弱感性 ZCS 一旦调频将产生硬关断强感性换相
. 强感性关断迫切需要一个大的 ZVS 电容来缓冲
. 基于大的 ZVS 电容的过渡必须追踪死区
D 较弱 ZVS 下的高速非同步追踪
. 全范围扫频启动,捕获峰值电流
. 谐振达到峰值界线就立刻将导通周期缩入
. 追踪频率不受关断延迟的影响,通常很容易达到400K以上
. 电流波形不好,呈三角波,关断应力大;


11. 并联运行,串联谐振电路的均流策略
驱动信号独立,输出利用谐振电感均流,当感亢较大且电感一至性高时均流误差可达到 5% 之内;


12. 降压型谐振斩波器实施方案



13. 串联谐振_饱和变压器升降压模式


14. 推挽变换器的软开关方案


. 在次级输出回路上实施频率追踪
. 在初级输入回路上实施 ZVS 动态死区
1899531195456402.doc
15. RCC 软开关方案


16. 有源容性边沿处理回路


《一种软开关电源的设计和研究》.pdf

17. 有源感性边沿处理回路
.利用一个有源辅助电感来弥补负载回路 ZVS 换相能量的不足;


18. 变频器 PWM 软开关“辅助谐振转换极结构”
有源感性辅助换相回路,主要工作在边沿过程上;


《大功率谐振过渡软开关技术变频器研究》.rar


19. 边沿谐振升、降压模式




《Boost电路的一种软开关实现方法》.doc


20. 自诊断的实现
电压型自诊断


静态时 P1、P2均为低电平,说明 IGBT Q1、Q2 阻断正常
短脉冲开启 Q1
对应的 P1 变为高电平,说明 IGBT Q1 导通正常
Q1 测试完毕
短脉冲开启 Q2
对应的 P2 变为高电平,说明 IGBT Q2 导通正常
Q2 测试完毕


21. 本机操作系统的实现、通讯的实现、以及恒压、恒流、焊接程式等的实现
可以在基本控制器的基础上添设上机
可以添设串口通信转换接口
可以添设显示器及键盘驱动口
这些都是连篇废话,各位肯定比我精明......


实现目标的基础问题
1.实现在重功率下深度谐振,降低换向时开关应力,并实施频率追踪以充分降低串联谐振回路的复阻抗来降低无功功率;
2.实现在几乎所有情况下,换向时负载回路都呈感性;
3.实现在不同负载下的动态死区调节,以减少空载、小载下的接通损耗;

实际上难以克服的困难:
1.谐振回路的问题很多
a.谐振电容器发热严重,电压也很高,经常爆浆、炸裂
b.电感器的绕组因趋肤效应导致异常发热严重
c.电感器使用闭磁路不能实现,开磁路又对周围元件影响严重
d.电感器用铁粉芯类磁芯无法连续工作
e.电感器用铁氧体类磁芯太易于饱和
f.借助于油浸、铜管水冷,可以解决问题但是结构复杂;
2.当负载抖动严重时,变压器时常工作处于饱和边界之外,发出难以忍受的尖叫声音
3.当需要实现的目标功率小时就很不划算:控制本身复杂、用料成本高、体积也不能做太小

选择串联谐振的理由:
1.重功率变换的必经之路,静电除尘、高频点焊、功率超声等唯一可选电路结构
2.可靠性高
3.功率可扩展性强,功率轻松扩展到兆瓦级,理由是很容易通过多个独立谐振回路多相合成,均流误差 < 5%

我个人的主观倾向:
1.在大、中等功率下是最易于实现高可靠性的电路结构,出于可靠性考虑奋斗路程较短
2.比较易于结合数控,电路结合数控后有很多特色,如调频、离散、多相合成等
3.我所开发的某几种机器别无选择地应用这一结构,我也就比较熟悉一些,有亲近感
4. 我看待产品设计的侧重:性能>可靠性>可扩展性>成本

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