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【原创】3000W全桥交错式超低待机功耗高频逆变器的设计

  • 2014-05-01 00:07
  • javike

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  • 逆变器的工作方式和原理相信大家都比较熟悉了,我也是最近几年在电源网逆变论坛的引导才涉足这个圈子的。

     

    为什么说这是一个圈子呢?

    因为它有着和其它开关电源不同的“生活区”。

     

    近几年火爆的LED电源就像生活在雾霾都市里的北京人一样,快节奏工作的同时也在不断创新(减排),

    基本的拓扑都是APFC+LLCAPFC+QR,随着功率需求不断提高,单级PFC架构的也慢慢消亡,上次还偶然看到了APFC+LCC产品。

     

    一直充实着民用市场的充电器和适配器更是时刻与国际挂钩,适应全电压输入的同时,对效率和功耗的要求也是不断在更新,

    采用BUCK PFC+LLC+SR的产品也偶尔浮现。

     

    在这些“其它开关电源”行业,近几年出现的新方案拓扑可谓是层出不穷:PSR、交错PFCBUCK PFCLCCLLC……



    每单元控制电路详细讲解楼层如下:(不断更新ing。。。)

    交错控制电路详解:43-78 帖

    输入电压温控详解:116 帖

    前级全桥驱动详解:183 帖

    前级全桥升压详解:240 帖

    后级H桥变流详解:265 帖

    后级H桥驱动详解:284 帖

    整机辅助电源详解:324帖

    。。。。。。。。。。。。

     

    同是电子工程师,请一定不要吝啬你的赞!

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  • javike

    LV.1

    2014-05-01 00:15

    @javike

    我一直在寻找最适合逆变器的工作拓扑,也做了大量的仿真了和实验。

    目前大家常用的多变压器架构还是初级并联次级串联式的推挽架构,这种架构在变压器一致性存在偏差时的影响是不容忽视的,而变压器几乎不可能完全一致。

    现在LED电源上用得火爆LLC架构又不适合逆变器输入电瓶端的宽范围电压,需与BOOST配合使用。

    最后还是想到了电脑CPUGPU供电电源交错控制,

    回想起来10年前的电脑主板CPU供电就是3-4相交错式BUCK控制的,

    现在高端主板的CPU和显卡的GPU供电都达到32甚至64相交错供电了,

    显卡单卡64相交错,4卡3000A的电流算下来每相也就10A多点了。

     

    让我不明白的是10年前就已经有交错架构的拓扑在应用,

    虽然BUCK和全桥是有区别,但交错控制原理基本还是一样的,

    为什么这10多年在电流应力也较大的逆变器行业没有得到广泛的应用呢?

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  • javike

    LV.1

    2014-05-01 00:19

    @javike

    最后还是想到了电脑CPUGPU供电电源交错控制,

    回想起来10年前的电脑主板CPU供电就是3-4相交错式BUCK控制的,

    现在高端主板的CPU和显卡的GPU供电都达到32甚至64相交错供电了,

    显卡单卡64相交错,4卡3000A的电流算下来每相也就10A多点了。

     

    让我不明白的是10年前就已经有交错架构的拓扑在应用,

    虽然BUCK和全桥是有区别,但交错控制原理基本还是一样的,

    为什么这10多年在电流应力也较大的逆变器行业没有得到广泛的应用呢?

    交错控制使得再大的电流都不再恐怖了,如果使逆变器可以像显卡组SLI一样,实现直接并联那就完美了。

    接下来在交错推挽和交错全桥上也做了些考量和选择,即使是交错式推挽,还是无法避免不对称导致的偏磁,

    所以准备先拿交错全桥来小试牛刀。。。。。

     

    多变压器交错式并联与初级并联次级串联方式的对比在这里就不再细说了,

    大家可以看我之前的演讲稿:http://www.dianyuan.com/bbs/1445663.html

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  • javike

    LV.1

    2014-05-01 00:20

    @javike

    交错控制使得再大的电流都不再恐怖了,如果使逆变器可以像显卡组SLI一样,实现直接并联那就完美了。

    接下来在交错推挽和交错全桥上也做了些考量和选择,即使是交错式推挽,还是无法避免不对称导致的偏磁,

    所以准备先拿交错全桥来小试牛刀。。。。。

     

    多变压器交错式并联与初级并联次级串联方式的对比在这里就不再细说了,

    大家可以看我之前的演讲稿:http://www.dianyuan.com/bbs/1445663.html

    PWM控制IC首选还是大家熟知的SG3525,在这里我选择STSG3525A

    相比其他的控制器,它的优点有:

    1. 双端最大占空比可以达到98%(实际在30-35K的频率下实测也的确可以达到97~98%之间),

        这点对开环效率影响还是比较可观的,部分其他品牌的SG3525标称却只有96%

     

    2. 有同步控制端,可直接级联或交错控制,省去了外置稳定的三角波电路控制的麻烦。

     

    3. 最大工作频率可以达到500KHz。规格书的首页标称的最大工作频率可以达到500KHz

       当然实际测试也是可以达到的,只是需要加些外围电路让死区时间为0在规格书的详细参数中标称却是400KHz

       但在交错控制时,同步端的输入信号却又不支持500KHz所以这个500KHz真心觉得是个忽悠,

       但这对实现多相级联式交错非常有用,400KHz实现一般的逆变器(30-35KHz 开关频率)4相交错还是没问题的。

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  • javike

    LV.1

    2014-05-01 00:22

    @javike

    PWM控制IC首选还是大家熟知的SG3525,在这里我选择STSG3525A

    相比其他的控制器,它的优点有:

    1. 双端最大占空比可以达到98%(实际在30-35K的频率下实测也的确可以达到97~98%之间),

        这点对开环效率影响还是比较可观的,部分其他品牌的SG3525标称却只有96%

     

    2. 有同步控制端,可直接级联或交错控制,省去了外置稳定的三角波电路控制的麻烦。

     

    3. 最大工作频率可以达到500KHz。规格书的首页标称的最大工作频率可以达到500KHz

       当然实际测试也是可以达到的,只是需要加些外围电路让死区时间为0在规格书的详细参数中标称却是400KHz

       但在交错控制时,同步端的输入信号却又不支持500KHz所以这个500KHz真心觉得是个忽悠,

       但这对实现多相级联式交错非常有用,400KHz实现一般的逆变器(30-35KHz 开关频率)4相交错还是没问题的。

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    先上交错控制部分的电路图,说说交错的核心。。。。。。

    (。。。。。。下接第43帖。。。。。)

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  • alk_shi

    LV.1

    2014-05-01 00:41

    @javike

    先上交错控制部分的电路图,说说交错的核心。。。。。。

    (。。。。。。下接第43帖。。。。。)

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  • zhc7302

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    2014-05-01 01:06

    @alk_shi

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  • javike

    LV.1

    2014-05-01 01:07

    @alk_shi

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    。。。大家的顶帖是我更新的动力。。。
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  • alk_shi

    LV.1

    2014-05-01 01:14

    @javike

    。。。大家的顶帖是我更新的动力。。。

    楼主有想法,顶!

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  • 小矿石

    LV.1

    2014-05-01 07:20

    @javike

    。。。大家的顶帖是我更新的动力。。。
    给你点动力,坐等更新
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  • 小矿石

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    2014-05-01 07:22

    @javike

    02

    某品牌主板的37相供电(CPU供电32相交错+CPU内置GPU供电3相交错+VTT供电2相交错.

    这种很多相交错的方式是不是用CPLD搞起来更方便一些?
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