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关于10KW10KV微波可调电源开发过程中的一点体会

  • 2022-05-06 11:25
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  • 10KV听起来很了不起,其实,只要副边圈数匝比足够大就可以了,和普通的高频变压器没有什么特殊的地方,控制环节和理论基本没什么影响,而且,对于10KV来说,副边线圈平均电流只需要1A,功率就能达到10KW了,并不复杂,只是听起来历害而已。

    其实这是一个大功率微波电源,微波电源工作时的电压约4500v,但是,磁控管需要在7000v以上的高压下才能被触发,然后才能进入所谓的π模振荡,进入π振荡后,微波电源会被锁定到4500v左右,此时,电压无法再调节升高,调节电压只会升高工作电流,无法升高负载电压,相当于是稳压二极管模式。

    题外话,磁控管真的是一个很了不起的发明,工作原理非常复杂,科技含量非常高。

    主电源部会采用的是全桥LC模式,原边不谐振,依靠副边电容进行谐振,但实际上整体上是不进入谐振状态的,因为一旦进入谐振后,很容易产生类似自激的不可控状态,很危险,这样,主电源基本工作在硬开关模式。主电源就是一个普通的全桥LC电路,工作在10KW理论上也不复杂,增加脉宽时间就可以了,只是大功率时,功率管的发热量和驱动能力等要求会很高。在硬开关时,通过脉宽占空比PWM调节,类似移相全桥的工作过程,能稳定控制副边电压从0起调,一直调到10kv。

    工作在10KV其实也简单,变压器原边20圈,副边200圈,10倍升压,当变压器原边采用500V电压驱动时,副边理论上就能输出5000V电压,然后,通过倍压整流,轻易就能输出10000v电压,三相整流后的母线电压是530伏,符合要求。考虑到磁控管起振后,会把电压锁定在4500v左右,电压锁定能力很强,基本类似短路,所以,不能用全桥整流或半桥整流,输出必须有限流功能。

    所以,微波电源需要的是恒流模式,它在空载时,尽可能输出高电压,保证磁控管谐振腔可靠触发,在被触发后,电压被降低约一半时,不会过流。次级整流不能采用全桥模式,必须要有一定的恒流功能,起初设计,采用了倍压整流模式,这种模式,输出电压较高,通过隔离电容实现限流。

    倍压整流结构很简单,负载能力很强,我用这种结构跑过35KW。

    但这种结构在测试的时候,屡烧高压整流二极管,10kv的高压整流二极管,分分钟烧掉,烧掉的原因可能是过压,也可能是过流。用30kv的整流二极管,偶尔也会烧掉。

    高压整流二极管很贵,几十块钱一个。

    后来,采用了单二极管整流方式,因为磁控管在脉动直流下也可以工作,单二极管整流可以省掉一组昂贵的整流二极管。

    测试下来,单二极管整流方式,工作情况相当好,基本上不再发生整流管炸管现象,而且,省掉一组二极管后,发热量和成本都下降很多。

    单二极管的缺点是,它只能输出脉动直流,后级不能接滤波电容,不然,无法得到高压输出。

    但是,这种工作模式恰好符合磁控管的工作环境。

    不管是倍压整流,还是单二极管整流,因为有电容隔离,电容对交流信号有容抗,天然就具备恒流功能,能够实现空载时高电压,满载时自动恒流适应电压。非常好的实现磁控管的工作过程。

    电磁炉的磁控管是依靠可饱和变压器实现空载高电压,满载自动适应电压。

    高压工作特别容易发生打火击穿现象,特别是,很多材料的耐压是按照直流电压环境测试的,但在高频高压时,直流绝缘措施基本失效。比如,号称耐压10KV的绝缘,在高频交流时,5kv轻松击穿。

    耐压20kv的高压薄膜电容,在5kv高频交流时,也是分分钟击穿。

    20kv的电容,工作在5000v时,几秒钟就开始内部打火。

    拆开内部的金属化膜,里面被击穿的星星点点,所谓的耐压20kv,只是在直流电压环境下,在高频交流时,简直不堪一击。

    这次开发过程用了近两年时间,回头看来,走了很多弯路,花了很多精力和费用,比如副边整流,用过很多柘朴,最终比较下来,才确定采用单二极管整流模式。

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  • 米山人家

    LV.1

    2022-05-06 21:47

    @

    电压超过5000V以后,高频交流的穿透力非常强,基本上处处打火、击穿,普通结构的变压器不能用了,绕组必须要灌环氧树脂。

     

    所有涉及高压的环节,整流部分,要么能保留10cm以上的距离,要么灌环氧树脂,不然,空气也能击穿,耐压30kv的高压绝缘线也会打火。

     

    做这些实验,用只是用掉的环氧树脂差不多有50公斤了,更别说被灌封的磁芯和那些电子元件了。有些很贵的元件,灌封后就不能再利用了,特别是很贵的碳化硅器件,做实验差不多用掉2万多块钱的碳化硅,IGBT也有很多,就没法计数了

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  • ruohan

    LV.1

    2022-05-07 11:37

    @

    现在做的怎么样了,,,

     

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  • 米山人家

    LV.1

    2022-05-07 18:11

    @ruohan

    现在做的怎么样了,,,

     

    做好了,交给用户了

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  • dy-kJE7pzYH

    LV.1

    2022-05-07 21:24

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    请问方案成熟吗?我有订单需求

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  • 米山人家

    LV.1

    2022-05-08 08:12

    @dy-kJE7pzYH

    请问方案成熟吗?我有订单需求

    成熟的方案,能长期稳定工作

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  • 米山人家

    LV.1

    2022-05-08 08:22

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    我的微信13656136367

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  • dy-ByutIC59

    LV.1

    2022-12-19 17:32

    @米山人家

    电压超过5000V以后,高频交流的穿透力非常强,基本上处处打火、击穿,普通结构的变压器不能用了,绕组必须要灌环氧树脂。

     

    所有涉及高压的环节,整流部分,要么能保留10cm以上的距离,要么灌环氧树脂,不然,空气也能击穿,耐压30kv的高压绝缘线也会打火。

     

    做这些实验,用只是用掉的环氧树脂差不多有50公斤了,更别说被灌封的磁芯和那些电子元件了。有些很贵的元件,灌封后就不能再利用了,特别是很贵的碳化硅器件,做实验差不多用掉2万多块钱的碳化硅,IGBT也有很多,就没法计数了

    我们做这个,好像没有这么麻烦

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