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3KW移相全桥调试过程

       疫情期间武汉封城,又是在家闲着,两个多月不能出门,正好有朋友需要设计超声波电源,我也不懂,但也接下来,只当是练练手,学习下。既然找我设计,肯定首选数字式的了,我采用DSP控制,移相全桥来实现。 经过紧张设计和调试,不到一个月顺利交付。但这不是重点,封城期间接到一个朋友电话,问年前托付的项目搞的怎么样了,我才想起来,还有这么个事:其实就是拿以前设计的节能负载改造一下,要求输入220V DC,15A,中间高频隔离。这是用于变电站的,给大容量电池在线放电核容,是个新产品和方向,所以当时决定搞下。以前设计的这一电压输入范围的是不隔离的,想着加个DCDC隔离就OK了,但断断续续做了几个月,总是不满意,幸好可以这么长时间不上班,静下心来调试,结果比较满意,写这么多,也是希望有需要朋友参考下过程,少走弯路。

     电路图就不上了,标准移相全桥拓朴,只讲下参数整定过程。

     按照设计这大功率需要达到全软开关才好,产品要求可靠性高,所以前级用了8个MOSFET,后级全桥整流。

     第一步设计变压器,我以前总是参考计算值,发现这样不准确,所以喜欢以波形和实际值做依据。

     

查看变压器空载电流最准确,确定原边匝数,这个电流已经接近饱和,需要增加匝数。

这样就比较完美了。

第二步:试绕变压器

第三步,确认所有PWM驱动正常后,从轻载加起,观察所有需要测量的波形,VGS,VDS,变压器电压,电流等,下图变压器电流波形(红),上管VDS,下管VDS。

      现在重点来了,当调整谐振电感到合适值后,ZVS其实实现了,按照以前的性格,这样就可以了,交付吧,但现在做事是种心态,研究的心态。

为什么电流上升时是振荡上升?其实这么大功率的移相全桥我也是第一次做,不知道这正常与否?总觉得不舒服。

这应该是电感能量没地方去,与电路中的电容在LC谐振,频率在1M左右。既然是电感产生,那就去掉谐振电感看看:

去掉后,电流有改善,但还是不满意,明天继续。。。

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whwqm
LV.5
2
2020-04-30 10:34

主谐振电感去掉后,电流振荡减轻了些,但还是有,那么产生这个现象说明环路中还是电感能量过大,观察下变压器两端电压看看:

不看不知道,一看吓一跳,这电压振荡太厉害了,超过输入电压一倍还多,肯定会出问题,赶紧停下来排查原因,而且电流也是因为这个起振的。

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whwqm
LV.5
3
2020-04-30 10:53

现在电路中除了变压器漏感,也只有输入滤波电感了,难道它的问题,去掉风险太大,原边管子应力太大,减小吧,手头只有一个33uH的电感,换上后效果立马改善。

但是原边电流上升很快,软开关效果也不理想。

继续加大功率,观察细节。。。

ZVS有变化

调整死区后,效果基本出来了,只是黄色变压器波形有仍有小幅振荡

调整输出滤波电感,继续减少电感量,效果就出来了,比较满意,基本实现全软开关了,到这一步,效率已经达到最大,管子发热量也小。这应该就是书上的理论波形,零电压开通,零电流关断。

满载测试下,电流非常漂亮了!

观察各个工作点温度:

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whwqm
LV.5
4
2020-04-30 11:07

温升小,应该安全,装起来盖上盖子盘它几个小时。

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cybers
LV.2
5
2020-04-30 15:54
学习了,终于见到ZVS调试过程和波型了!谢谢楼主的分享!
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兰波
LV.8
6
2020-05-21 20:31
赞!好帖!
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andyxly
LV.4
7
2020-05-22 16:42
@whwqm
温升小,应该安全,装起来盖上盖子盘它几个小时。[图片]

楼主能看下软开关下的MOS管的GS波形吗?

之前我见论坛有位大虾说,实现完全软开关的时候,驱动波形是看不到米勒台阶的。我想看下是不是这样。

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hwckent
LV.2
8
2020-06-05 02:42
@whwqm
现在电路中除了变压器漏感,也只有输入滤波电感了,难道它的问题,去掉风险太大,原边管子应力太大,减小吧,手头只有一个33uH的电感,换上后效果立马改善。[图片]但是原边电流上升很快,软开关效果也不理想。[图片]继续加大功率,观察细节。。。[图片]ZVS有变化[图片]调整死区后,效果基本出来了,只是黄色变压器波形有仍有小幅振荡[图片]调整输出滤波电感,继续减少电感量,效果就出来了,比较满意,基本实现全软开关了,到这一步,效率已经达到最大,管子发热量也小。这应该就是书上的理论波形,零电压开通,零电流关断。[图片]满载测试下,电流非常漂亮了!观察各个工作点温度:[图片][图片][图片]
谢谢分享,辛苦了
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whwqm
LV.5
9
2020-06-05 12:15
@andyxly
楼主能看下软开关下的MOS管的GS波形吗?之前我见论坛有位大虾说,实现完全软开关的时候,驱动波形是看不到米勒台阶的。我想看下是不是这样。

由于前面负载已经交付使用了,当时没有拍VGS的波形,这次特意焊了一套,给你看下VGS,变压器驱动的,波形能用就行。

满载时两个桥臂VDS波形及电流波形。

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挖煤工
LV.1
10
2020-06-05 13:34
楼主能不能把开发资料发我一份。
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andyxly
LV.4
11
2020-06-06 13:26
@whwqm
由于前面负载已经交付使用了,当时没有拍VGS的波形,这次特意焊了一套,给你看下VGS,变压器驱动的,波形能用就行。[图片][图片]满载时两个桥臂VDS波形及电流波形。
谢谢,还是可以看到米勒平台。只是不是那么明显了,没有多余的振荡。
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2020-06-08 08:58
@whwqm
由于前面负载已经交付使用了,当时没有拍VGS的波形,这次特意焊了一套,给你看下VGS,变压器驱动的,波形能用就行。[图片][图片]满载时两个桥臂VDS波形及电流波形。
帖子很好,很给力,谢谢分享!
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julian1994
LV.1
13
2020-09-28 09:02

楼主你好~感谢你的帖子,让我对移相全桥有了不一样的认识。

我之前做过一个1000A55V的整流器,用的也是移相全桥电路,变压器原边电压、电流波形如下图

这个波形和理论上的单纯的移相全桥波形是接近的,也就没有继续深究了。

这次看到您原边电流波形,感觉是真的漂亮,从来没想到过移相全桥的原边电流能这么好看。

所以想请教一下您的电路是怎么调整的呢?原边的电流波形看起来好像有谐振一样。

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julian1994
LV.1
14
2020-09-28 09:06

感谢楼主的分享,让我对移相全桥有了一个不一样的认识,从来没想到过移相全桥的原边电流波形能这么漂亮。

我之前也做过一台移相全桥电路的整流器,变压器原边电压(紫色)、电流(绿色)波形如下图

这个原边电流波形和您的比起来差太多了。虽然这个项目已经交付了,但是看到您的波形这么好看,还是忍不住的想请教您对电路是怎么调整的?感觉原边好像发生了谐振一样。

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whwqm
LV.5
15
2020-09-30 10:18
@julian1994
感谢楼主的分享,让我对移相全桥有了一个不一样的认识,从来没想到过移相全桥的原边电流波形能这么漂亮。我之前也做过一台移相全桥电路的整流器,变压器原边电压(紫色)、电流(绿色)波形如下图[图片]这个原边电流波形和您的比起来差太多了。虽然这个项目已经交付了,但是看到您的波形这么好看,还是忍不住的想请教您对电路是怎么调整的?感觉原边好像发生了谐振一样。
你这个波形也很不错了,能附上两个桥臂的VDS和电流波形吗?这个图不好分析
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laosong1108
LV.3
16
2021-07-08 19:25

楼主的电流波形近似于LLC的电流波形,是不是电容用得比较小?

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ruohan
LV.9
17
2021-07-09 08:36
@whwqm
你这个波形也很不错了,能附上两个桥臂的VDS和电流波形吗?这个图不好分析

你这个产品是给电池放电的,输入电池电压,隔离输出电压是多少,

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whwqm
LV.5
18
2021-08-26 09:21
@ruohan
你这个产品是给电池放电的,输入电池电压,隔离输出电压是多少,

没错,这款是给电池放电,主要用于变电站电池远程核容系统,是一个朋友定制的,其实也就是用原来的节能负载改了下参数:输入175-260VDC 20A,输出400VDC,然后再逆变并网回送能量。

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ruohan
LV.9
19
2021-09-10 07:56
@whwqm
没错,这款是给电池放电,主要用于变电站电池远程核容系统,是一个朋友定制的,其实也就是用原来的节能负载改了下参数:输入175-260VDC20A,输出400VDC,然后再逆变并网回送能量。

移相全桥能不能做输入33-44V  输出200V 20A,,4000W的线路,

你这个波形太漂亮了,

我现在用个推挽的线路做,前级的VDS尖峰太高了,

想换个拓卜试试

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2021-09-10 17:29
@whwqm
由于前面负载已经交付使用了,当时没有拍VGS的波形,这次特意焊了一套,给你看下VGS,变压器驱动的,波形能用就行。[图片][图片]满载时两个桥臂VDS波形及电流波形。

帖子很好,很给力,谢谢分享!

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zhq465
LV.4
21
2021-09-16 11:07

我在推挽逆变电路上试验ZVS,开关频率是45KHz,串联电容是0.66uF,变压器漏感是19uH,没有串联单独的电感,开关电流波形近似方波,是不是谐振回路的电感太小了?(黄色是VDS波形,蓝色是次级串联电阻上的波形,我没有电流探头,在回路里串联了1欧电阻来采样电流)。另外你的电流探头是哪家的,什么型号?我想买一个.

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24
dy-7UbZjLiZ
LV.1
25
2022-01-01 16:37

楼主可以介绍一下你这个变压器设计吗

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363383614
LV.2
26
2022-03-31 13:48

精神可嘉,继续努力。高可靠性是设计出来的,多写一点计算过程。

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ruohan
LV.9
27
2022-05-12 08:06

能用DSP软硬兼施的高手啊,

 

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yichen2017
LV.2
28
2023-12-06 13:27

大佬,指点下迷津,和您前面的波形很像,紫色GS,蓝色DS,绿色电流,黄色是变压器次级波形,看您的调试是改变了初级和次级电感?是这么调试吗?100k的频率,上升沿特意降低到200NS,太快有干扰。

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yichen2017
LV.2
29
2023-12-06 17:11
@yichen2017
[图片]大佬,指点下迷津,和您前面的波形很像,紫色GS,蓝色DS,绿色电流,黄色是变压器次级波形,看您的调试是改变了初级和次级电感?是这么调试吗?100k的频率,上升沿特意降低到200NS,太快有干扰。

电感降到最低都没法改善波形,是否可能变压器寄生参数不合格。头大,请大佬指点

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whwqm
LV.5
30
2023-12-23 18:49
@yichen2017
电感降到最低都没法改善波形,是否可能变压器寄生参数不合格。头大,请大佬指点

这个确实和我开始调试一样,记得后来改变输入输出电感就正常了,振荡肯定是电感造成的,一步步测量、计算、排查。

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yichen2017
LV.2
31
2023-12-26 11:36
@whwqm
这个确实和我开始调试一样,记得后来改变输入输出电感就正常了,振荡肯定是电感造成的,一步步测量、计算、排查。

谢谢,已改好,但是您的电流正弦波的确很漂亮,感觉就是全桥的LLC,我的电流波形是类似方波,关断是大电流。

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