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看IGBT的C极谐振图,猜猜那种情况下会容易炸机
阅读: 10335 |  回复: 34 楼层直达

2015/02/03 13:51:07
1
hero0765
电源币:0 | 积分:3 主题帖:36 | 回复帖:44
LV5
营长

QQ截图20160321155901  【活动进行中……】礼遇感恩节!参与顶楼  免费送仪器

QQ截图20160321155901   【风采汇】参与有奖!获奖作品分享大赛



大家好:

      现在有以下一个实验,导通IGBT,8us后,马上关闭,然后观察IGBT的C极端的谐振波形。

      问题,能否按照图所显示的数据,说出那种情况下,线盘与锅的间隙距离最少,最容易发生因距离不当导致炸锅的现象。最好不但可以说出其然,还可以说出其所以然。

 

先给一个没有放置锅具的谐振图,以作参考。

图一:显示谐振周期为27.8K

请猜以下的图:

图二,放置304锅。

图三,放置304锅。

图四,放置430锅。

图五,放置430锅。

图二与图三,都是放置同样的304锅,猜那一个图距离是最危险的。

图四与图五,都是放置同样的430锅,猜那一个图距离是最危险的。

请为你的答案提供理论依据,祝大家幸福罗~~~~~~

2015/02/04 09:36:05
2
电源网-fqd
电源币:5059 | 积分:15076 主题帖:512 | 回复帖:5099
LV11
统帅
帖子非常不错,推荐到帖子底部经典图库。更多请点击哦:http://www.dianyuan.com/bbs/classic/
2015/02/04 11:58:35
3
VME_ET
电源币:1 | 积分:0 主题帖:10 | 回复帖:48
LV4
连长

图四与图五,都是放置同样的430锅,猜那一个图距离是最危险的。

 

 

图五最危险
2015/02/04 12:36:51
4
hero0765
电源币:0 | 积分:3 主题帖:36 | 回复帖:44
LV5
营长
能否讲解一下你判断的依据。
2015/02/04 19:46:04
5
充电修修
电源币:43833 | 积分:10 主题帖:61 | 回复帖:169
LV5
营长
占个位置俺是来听课的~
2015/02/04 22:31:29
6
yuhu0012
电源币:23 | 积分:0 主题帖:0 | 回复帖:1
LV1
士兵
站个位置,来学习一下!
2015/02/06 07:38:10
7
igbtsy
电源币:0 | 积分:10 主题帖:20 | 回复帖:674
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军长

1.只要加在IGBT的上的电压、电流不超过限值,都不会炸机,除非是谐振电容在没有放电至零的状况下,特别是离零电压较远时IGBT开通,造成管耗极大而瞬间炸机。

2.要长期安全可靠使用,IGBT的电压、电流富裕量必须放足。裕量不足的,特别是那些满额使用的特别容易损坏。

3.单管模式的主要问题是电压击穿功率管。因此过电压保护必须超前,在过电压来到之前提前关闭激励让功率管停止工作是最有效的办法。

4.锅与线盘间的距离有经验可以借用,没有的话自己多试几次就知道了,加上改变线圈的圈数与之配合,目的是做到电路阻抗及磁路阻抗的匹配,可以获得最佳的工作状态和最高的热效率。

2019/08/13 13:06:25
34
奋斗的青春
电源币:805 | 积分:18 主题帖:96 | 回复帖:761
LV9
军长
这个分析的不错。长期安全可靠使用,不同工况的设计余量还是要考虑充分。
2015/02/06 16:23:53
8
hero0765
电源币:0 | 积分:3 主题帖:36 | 回复帖:44
LV5
营长

给大家说明:      首先要搞清楚,在家用的单管并联模式的逆变器下,LC并联振荡回路,其一直是处于谐振频率下工作,而不随IGBT的开关频率的变化而变化。谐振频率是由线盘与锅具的等效电感L,与谐振电容C决定。

同理,LC串联回路,也是一样。请看下图:

通过上面三个功率,我们可以知道,即使随着PWM的导通时间增加,但LC的谐振频率是几乎不变的。还有从三个图,我们发现,电容的上升沿时间T1要比下降沿时间T2要短,而且T1与T2在各不同的开关频率下都是一样的,例如,1600W的T1等于2600W的T1,其这可以反映出,电容对电感放电时,存在反向的电动势,使电容充电快于放电。

2015/02/06 22:30:41
9
udisk
电源币:1 | 积分:3 主题帖:0 | 回复帖:3
LV1
士兵
原来这样的
2015/02/09 15:36:22
10
hero0765
电源币:0 | 积分:3 主题帖:36 | 回复帖:44
LV5
营长

第二点,我们搞清楚这个概念:

无论串联谐振还是并联谐振,当开关信号频率f1(输入信号频率)等于谐振频率f0,此时谐振电路的电抗都会变成纯阻性,只是这个阻值不同而已。串联谐振为R,阻抗值达到最小;并联谐振为Q*Q*R或者为(L/R)*C,因为谐振时的Q=(根号(L/C))/R,阻抗值达到最大。请看图1。

并联谐振:当f1 > f0时候,LC并联电路的阻抗呈现容性。

串联谐振:当f1 < f0时候,LC并联电路的阻抗呈现容性。

我们做电磁加热电源,都有一个经验,就是不能让LC回路工作在容性区域,而是工作在弱感性区域左右,这样才能让IGBT安全工作。

而我原来探讨过一个问题,为何在单管并联电路,某些锅具与线盘之间的间隙比较小的时候,会造成容易炸机。就是因为距离近容易让LC回路工作在容性区域。请看图2。可以发现f1 > f0,所以,这样是会导致炸机的。

这里衍生了另一个问题,暴露了我们目前家用同步电路的缺点,同步电路的作用应该是侦测一个完整的谐振周期结束后,再反馈给芯片,让芯片安全导通IGBT,但由于距离的变化,这时的同步电路出现提早的误触发,导致IGBT提前导通。如果同步电路还是正确地检测了一个完整的谐振周期后,再反馈给IC,IC再导通IGBT,即使这么小的距离,也应该可以安全工作的。

因此,在并联谐振电路,当f1 = f0,我们可以获得这个逆变电源最小的输出功率,也就是我们家用电磁炉常说的最低连续档。

        串联谐振电路,当f1 = f0,我们可以获得这个逆变电源最大的输出功率。

图1:

图2:

2015/02/09 22:31:02
11
秋雨_225
电源币:2 | 积分:0 主题帖:25 | 回复帖:339
LV7
旅长
这个好解决啊,用谐振电流过零比较器,当电流过零点时,给比较器一个信号,比较器输出一个高电平。这个高电平信号和PWM脉冲信号通过一与门相与后再输出给后面的电路。如果电流还没过零点时,PWM脉冲已经先到,这时与门只有一个条件,还差一个条件,因此条件不成立。脉冲信号无法通过与门输出,必须要等到电流过零信号到来才能输出。
2015/02/26 12:06:45
12
hero0765
电源币:0 | 积分:3 主题帖:36 | 回复帖:44
LV5
营长

第三点,我们需要讨论以下问题:

      1)客户的原样机用的是线圈盘110uH,谐振电容:0.27uF;

  2)我们现在用的是线圈盘68uH,谐振电容:0.4uF.

    上面两种组合,都可以得到接近的LC谐振频率,那么两者会有啥区别呢?(无限电 P69 与 现代高频 P140 )

     第二种情况,线盘的发热比较利害,究其原因,请看下面的分析。

LC并联谐振电路的总输入阻抗

   

Y叫做导纳,它就是阻抗Z的倒数。

分子与分母同乘以 ( jwL-R ) ,经整理得:

公式3公式:4-46

使虚部为0,从而使Z的模最大。

可得谐振频率与L,C大小的关系,

当谐振时,由公式:4-46 ,虚部为0,可得并联谐振时的阻抗。

公式6 公式:4-52

由于品质系数LC谐振电路(无论是串联,还是并联)的品质因数Q

代入公式:4-52 可知道阻抗与品质系数Q的关系。

因此,如果希望谐振时的阻抗值最大,就需要尽量增大L,减少C

谐振时,输入电流谐振电路的总电流降到最小Io,大小为:(注意:这是总电流,LC的支电流并不等于Io,且并非最小)

公式9其中Um为LCR并联谐振电路两端的直流电压值。

电感支流与电容支流的电流瞬时值分别如下:

            

经过化简后,得:

由此可见电感和电容支路的电流很大,均等于电路品质因数Q倍的输入电流Io。而Io又却是两者矢量合成后的值,由于两者方向相反,反而Io很小,这一点理解起来却是有一定的难度。可以借助下图帮助理解。

 所以,我们经常发现线盘发热厉害,或者谐振电容发热厉害,这时候就需要考虑加大Q值,从而减少谐振电感与电容支路上的电流值。

2015/02/28 17:31:08
13
igbtsy
电源币:0 | 积分:10 主题帖:20 | 回复帖:674
LV9
军长

你说了那么多,实际上做单管的都知道一个简单的原理:

等谐振电容放光电后来激励是安全的,在小功率时谐振电容没有完全放光电,还有点残余电压,此时来激励脉冲也是可以的,因为电容上的残余电压不高,放电电流不是很大。

如果再要做小功率只能是用间隙加热的方式,目的是避免在过高的电容残余电压时来激励脉冲,导致损坏功率管。

我这样解释是很简单而通俗易懂了吧,不必用公式作复杂的计算。

2015/03/02 14:17:34
17
hero0765
电源币:0 | 积分:3 主题帖:36 | 回复帖:44
LV5
营长
我想知道为什么在小功率时候,谐振电容没有完全放光电,同步电路就触发了IC输出PWM,我们现在家用这种同步电路为何存在这样的缺点?通过什么方法可以改善或者改变这种缺点(包括使用软件与硬件)?我现在只发现的一种,通过软件设置,当同步电路的触发了IC输出PWM后,并不是马上输出而是延时几微妙才输出。还有,就是通过精准测量同步电路两端的电压的变化,然后芯片内部计算比较,判断此时是否可以安全导通IGBT。
2015/03/02 20:06:47
19
igbtsy
电源币:0 | 积分:10 主题帖:20 | 回复帖:674
LV9
军长

   调整线圈的匝数,是为了电路阻抗的匹配。调整锅与线盘间的距离,是为了磁路阻抗的匹配。二者的匹配做好了,能达到最大的功率和最小的功率管损耗。

   如果对这二点还不能理解,你再把高中电学中的电磁感应部分再去细读和领会。

   如果要根深蒂固的理解,一辈子也不忘记,在功率管与线圈间用一个变压器进行匹配,到时你会对一切晃然大悟的,原来是如此的简单,高中电学部分把基本的精华都包含进去了。

2019/08/13 13:08:21
35
奋斗的青春
电源币:805 | 积分:18 主题帖:96 | 回复帖:761
LV9
军长
基础知识是重点,但使用起来真还容易忘记或应用不起来。电路的阻抗匹配很重要。
2015/05/05 09:37:36
26
hw865
电源币:2 | 积分:10 主题帖:0 | 回复帖:257
LV6
团长

你觉得搂住说了这么多是啰嗦?我认为这才是精化,比其他光说不练强很多.

 

你说的只是知其然  而不知其然.

2015/03/01 16:19:44
14
dddhxxq
电源币:24 | 积分:0 主题帖:5 | 回复帖:12
LV2
班长
好久没看到好技术帖了,谢谢。
2015/03/02 10:27:32
15
电源网-娜娜姐
电源币:457 | 积分:207 主题帖:293 | 回复帖:1807
LV10
司令
好帖顶一下
2015/03/02 15:16:05
18
hero0765
电源币:0 | 积分:3 主题帖:36 | 回复帖:44
LV5
营长

关注第四个问题:如何确定L,C,线盘与锅的间隙S的关系。

LCR并联谐振电路中,线盘与锅的间隙S会影响到线盘与锅体耦合后的等效电感量与电阻大小。

304锅体与线盘的距离越近,其等效电感量越小。

430锅体与线盘的距离越近,其等效电感量越大。

两者所引起的谐振频率变化是相反的,从而导致IGBT的开关频率变化也是相反的。

但两者都使等效电阻变大,这点可以从放锅后在一定时间内测量到的谐振波形个数变小,得到印证。

因此,线盘与锅的间隙S的多少最大影响的是等效电感量。我们时常会遇到在市面上买回来的线盘,让其输出某个最大功率P时候,会由于超过IGBT的反向电压值1200V,而限制了PWM的大小输出,导致不能输出P,这种情况特别在430锅体中出现。但我们并不想增加谐振电容C(因为增加C会使在最低连续工作功率中,IGBT发热严重),或者修改线盘电感量大小(因为小厂不想订做线盘,买现成的便宜)。那这时候,就可以改变线盘与锅的间隙S,这是变相地修改了线盘电感量的大小,例如从15mm,修改成11mm。我们会问这个距离可以缩小得有多小呢?因为对于430来说,等效电感量变大了,谐振频率变小了,从而把IGBT的反向电压值拉低了,在相同的输出功率情况下。而反观304来说等效电感量变小了,谐振频率变大了,从而把IGBT的反向电压值拉高了,在相同的输出功率情况下。所以这个是一个带有矛盾的方法。因此,如果在最大输出功率下,304锅体的IGBT的反向电压值有余量的情况下,可以使用这种方法来弥补430锅体加热上的不足。

下面跟大家分享一下,找到一种锅体,可以把线盘与锅的间隙缩小到不到2mm,还可以照常加热。因此,我们可以打破一种常规的忧虑:“线盘与锅的间隙必须大于某某距离。

2015/03/12 12:17:16
22
hero0765
电源币:0 | 积分:3 主题帖:36 | 回复帖:44
LV5
营长

关注第5个问题:

       手头上拿到一个共膜滤波电感,它能够通多大的电流?刚遇到这个问题的时候,我第一时间想到的是这个电感的材质:铜,这个电感的线径为:1.6mm,得出面积为2平方mm,再找到一个数据,铜的电流密度为:3.5A~4A/平方mm,因此得出结论,这个共膜滤波电感只能通8A电流,否则会烧断。但实验证明,其可以通28A的电流都没有问题,只有稍微的热量。因此,我反思了一下,纠正了我原有一些的误解,对共膜滤波电感有了如下新的认识:它简单来说就是相当于一根能够滤波的保险管。如果把共膜滤波电感的导线弄成直线,放在电路上,它就是完完全全就是一根保险管。

电感的发热,来自其功率损耗。

在其两端的压降UL又等于:

  公式(一)

因此电感的电感量越大,UL就越大 ; 在输入功率Pi恒定情况下,输入市电Ui越小,UL也越大。

电路如下:

通过使用功率计,查看Pi,Ui,Ii ,然后再配以万用表的交流电压档测量UL进行验证。

得出的数据表:

从上表可以看到,在输入功率差不多,频率为50hz的情况下,电感两端的压降UL随市电电压Ui的降低而增加,从而根据公式计算,其损耗功率PL越大。

结论:我们得到一个共模电感后,要关注两个参数:

a.电感量, 为了衰减干扰的频率信号。

b.其可以承受多大的损耗功率,所产生的温度低于铜线被包裹的塑料皮的安全温度。对于这个问题,本人有以下见解:根据铜的电流密度4A/平方mm, 对于2平方mm的铜线就可以通8A额定电流,根据上面使用数字表测量得到R=14欧姆,所以这根铜线的额定功率为:8*8*14= 896W。这样不知道是否正确,如有其它意见可以提出。

但从上面的表格也出现了计算与测量的矛盾数值

如果根据上面的公式(一):分别代入Pi = 4800W,Ui = 250V;

                                                   Pi = 4900W,Pi = 220V;

                                                   Pi = 5000W,Pi = 180V;

分别可得到:UL = 27V,

                  UL = 32V,

                  UL = 39V,

这与万用表测量到的数值有出入,难道是加了电容的缘故?而且如果计算值是电感两端的压降,那么这个值就偏大了,一般这个压降是控制在市电值的3%之内,那么也就是6.6V.

那么把对应的输入电流带入,可得到损耗功率为27V * 20A = 540W , 32V * 23A = 736W ,39V * 28A = 1092W , 与上面计算的额定功率896W相比,还是蛮接近,那么应该在市电为180V,28A时,应该会比较热,但发现煮了半个小时,热量不烫手。所以,这个地方还是值得继续思考。

                                                     

而这两个参数是存在矛盾的,电感量越大,可以衰减到越低频率的干扰,但UL的压降也变得越大,增大损耗功率,所以这也是需要综合考虑,进行取舍。

同理,也可以对整流后的滤波电感的发热问题进行分析思考。

2015/03/12 15:33:32
23
igbtsy
电源币:0 | 积分:10 主题帖:20 | 回复帖:674
LV9
军长

很简单的事给你搞复杂了。

搞技术就是要把复杂的理论通过实践变为简单、通俗、易懂、便于制造的生产手段及工艺。

2015/03/03 10:25:29
21
smufiel
电源币:28 | 积分:0 主题帖:27 | 回复帖:52
LV4
连长
做产品就要像楼主一样,要经过精密的计算和大量的实验验证。
2015/05/05 09:43:20
27
hw865
电源币:2 | 积分:10 主题帖:0 | 回复帖:257
LV6
团长

对这才是真正做产品。

2019/06/06 14:35:17
33
mdc9
电源币:0 | 积分:3 主题帖:0 | 回复帖:1
LV1
士兵
前面已经说了,单管并联一直工作在谐振频率下,与开关频率无关;现在怎么因为锅具距离线圈小,而处于非谐振区域了,而在容性区域导致易炸管了呢?  是说谐振频率与开关频率无关,但是与线圈、锅具距离有关么?
2015/03/02 10:56:14
16
电源网-璐璐
电源币:1092 | 积分:86 主题帖:295 | 回复帖:1519
LV10
司令
话题不错~电源网微论坛(http://m.wsq.qq.com/264421032)正式上线了!

从此小伙伴们又有了一个可以随时随地玩耍的地方~


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2015/03/03 10:12:01
20
whlz58
电源币:301 | 积分:0 主题帖:8 | 回复帖:32
LV4
连长
图2和图5的线盘与锅的距离小,小功率IGBT发热大!
2015/04/30 11:00:26
24
力源数码
电源币:1 | 积分:0 主题帖:0 | 回复帖:32
LV3
排长

好贴!要顶!

2015/04/30 11:28:32
25
wt.liu
电源币:2451 | 积分:0 主题帖:19 | 回复帖:156
LV5
营长
震荡时间越长的越会容易炸管。
2016/02/09 15:08:23
28
mqyyqm
电源币:20 | 积分:0 主题帖:4 | 回复帖:263
LV6
团长
看看
2016/02/10 07:29:00
29
jinjia147
电源币:2 | 积分:0 主题帖:16 | 回复帖:91
LV5
营长
1
2016/02/17 16:40:10
30
yhr468
电源币:21 | 积分:0 主题帖:0 | 回复帖:16
LV2
班长
图2和图5线盘与锅的间隙距离小,若只是8us试验,是不会炸的
2016/02/20 18:45:30
31
阿三123
电源币:16 | 积分:0 主题帖:8 | 回复帖:220
LV5
营长
看看
2016/02/22 22:17:08
32
fsjinxin
电源币:0 | 积分:0 主题帖:1 | 回复帖:13
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班长

有意思

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