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由一条物理题所引发的思考

大家好:

       物理题:  1mH的电感串联1欧姆电阻,接通100V电源瞬间,电流从0上升到50A需要多长时间?

       回答:     电感储能过程中:I = If *(1 - e^(- t *(R/L)),If 是回路中最大电流 。

       计算过程:

        50 = 100/1 * (1 - e^(- 1000t))
        e^(1000t) = 2
        1000t = Ln 2
        t = Ln2 / 1000
        = 0.693 mS

    同理:用80uh,内阻为0.07欧的线盘,要使其电流从0A上升到20A,需要多长时间?

    根据上面的公式,市电220V全波整流滤波后的直流电压为310V,代入上式可得:

 20 = 310/0.07 * (1 - e^(- 750t))
  0.0045 =  (1 - e^(- 750t))
e^(- 750t) =0.9955 ln e^(- 750t) = ln 0.9955
 750t= 0.0045
 t= 6us 
 使用另一条公式:当为直流电压时,IL =( V/L ) *t
 代入可得: 20 = (310 /80) * t ,t = 5.16uS . 
 对比上面两个公式,出来得结果相近。疑问来了:我们检锅时候,才会让PPWM输出导通这么短的时间,而如果把功率提得比较高,PPWM的导通时间都会去到20us以上。那么那时候流过线盘的电流就达到20A以上?我们平时使用的IGBT规格也就是20A,其常温下也就是50A,那不是会把IGBT烧坏罗!?
 我们平常导通IGBT,是让线盘的存储磁能,然后IGBT关闭,让其与谐振电容进行谐振运动,磁能转化电能,电能又转化成磁能。那导通IGBT是有最大时间限制的,就是利用线盘的电感量由于电流的变化所引起感应电动势,来阻止电流从线盘上迅速地增大流过,我简单的理解就是导通时间不应让线盘出现磁饱和,变成了短路,这样才能避免IGBT过流。但理论告诉我,IGBT只要导通6us, 就可以让80uH的线盘流过20A ,这样足以有损坏IGBT的可能。   
 

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alai4
LV.6
2
2015-01-28 13:13
是不是太抽象了,完全不懂,理论上计算和实际是不一样的,IGBT有内阻没有考虑,峰值电流没有考虑。20是额定电流吧?
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hero0765
LV.4
3
2015-01-28 16:48
@alai4
是不是太抽象了,完全不懂,理论上计算和实际是不一样的,IGBT有内阻没有考虑,峰值电流没有考虑。20是额定电流吧?

IGBT内阻?我只知道IGBT有VCE(sat),20A就是IGBT在100度时,集电极的最大允许流过电流值。

如果你觉得抽象,那请问,如果要输出2000W功率,请问这个线盘与锅的等效电感量最小应该为多少才合理。因为,我发现市面上,很多制造商都是用最小的电感量线盘做最大的输出功率,但这样做不但使能效下降,使电磁炉环保产品都变成了耗电产品,还使IGBT的工作寿命受到严重威胁,因为电感量偏小。

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igbtsy
LV.9
4
2015-01-28 20:13
@hero0765
IGBT内阻?我只知道IGBT有VCE(sat),20A就是IGBT在100度时,集电极的最大允许流过电流值。如果你觉得抽象,那请问,如果要输出2000W功率,请问这个线盘与锅的等效电感量最小应该为多少才合理。因为,我发现市面上,很多制造商都是用最小的电感量线盘做最大的输出功率,但这样做不但使能效下降,使电磁炉环保产品都变成了耗电产品,还使IGBT的工作寿命受到严重威胁,因为电感量偏小。

民用电磁炉几乎都是低价竞争,怎么会给你用足料?

这是我做的三相5KW的线圈,他们说按我这个用料,他们要做到10KW以上了,这就是概念的不同。

你看商用电磁灶SB/T10548-2009的标准,能效等级最高的是一级、90%的热效率,最低的是五级、80的热效率。事实上商用灶做到95%的执效率是轻而易举的事。标准之所以这么低,就是迎合了大都数厂家的意见吧。

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igbtsy
LV.9
5
2015-01-28 20:26
@hero0765
IGBT内阻?我只知道IGBT有VCE(sat),20A就是IGBT在100度时,集电极的最大允许流过电流值。如果你觉得抽象,那请问,如果要输出2000W功率,请问这个线盘与锅的等效电感量最小应该为多少才合理。因为,我发现市面上,很多制造商都是用最小的电感量线盘做最大的输出功率,但这样做不但使能效下降,使电磁炉环保产品都变成了耗电产品,还使IGBT的工作寿命受到严重威胁,因为电感量偏小。

别去算了,我从没去计算过,大学里学的公式在此不是一回事,真要去算是没事找事做,不如任意绕个线圈,上去试用一下,马上可以知道你该增加圈数还是减小圈数,以此来达到额定功率,并且是让IGBT工作在ZVS、ZCS状态下,一到二个小时就搞定了。

搞定了一次,不管是半桥转为全桥、三相转为单相,有无变压器匹配,线圈都不必去计算,凭你第一次成功的绕的圈数,按比例的折算一下线圈的圈数与截面积就可以了。

很多人老是问别人线圈的电感量,我很反感,决定功率的是线圈的圈数,相当于盘形电炉丝的总长度决定电炉的功率一样。

为了达到你要求的工作频率,完全可以改变谐振电容的值来达到,所以没有必要去问线圈的电感量,再说线圈的绕法不同,电感量是不一样的,追求电感量有何意义?

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alai4
LV.6
6
2015-01-29 11:13
@hero0765
IGBT内阻?我只知道IGBT有VCE(sat),20A就是IGBT在100度时,集电极的最大允许流过电流值。如果你觉得抽象,那请问,如果要输出2000W功率,请问这个线盘与锅的等效电感量最小应该为多少才合理。因为,我发现市面上,很多制造商都是用最小的电感量线盘做最大的输出功率,但这样做不但使能效下降,使电磁炉环保产品都变成了耗电产品,还使IGBT的工作寿命受到严重威胁,因为电感量偏小。
不用去算,别太保守,有的时候需要考虑实际的情况,你做出来的东西可以连续开20年,有什么用?我只用5分钟炒菜就够了
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hero0765
LV.4
7
2015-01-29 18:35
@igbtsy
别去算了,我从没去计算过,大学里学的公式在此不是一回事,真要去算是没事找事做,不如任意绕个线圈,上去试用一下,马上可以知道你该增加圈数还是减小圈数,以此来达到额定功率,并且是让IGBT工作在ZVS、ZCS状态下,一到二个小时就搞定了。搞定了一次,不管是半桥转为全桥、三相转为单相,有无变压器匹配,线圈都不必去计算,凭你第一次成功的绕的圈数,按比例的折算一下线圈的圈数与截面积就可以了。很多人老是问别人线圈的电感量,我很反感,决定功率的是线圈的圈数,相当于盘形电炉丝的总长度决定电炉的功率一样。为了达到你要求的工作频率,完全可以改变谐振电容的值来达到,所以没有必要去问线圈的电感量,再说线圈的绕法不同,电感量是不一样的,追求电感量有何意义?
谢谢各位,看来我是有点究竟真理啦,反而大家才是实事求是,那我也应该不用打工,可以尝试自己单干了,因为一切是用实验来验证出来的。
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2015-02-03 17:31
@alai4
不用去算,别太保守,有的时候需要考虑实际的情况,你做出来的东西可以连续开20年,有什么用?我只用5分钟炒菜就够了
都是高手,膜拜中.....
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2015-02-06 23:39
@alai4
是不是太抽象了,完全不懂,理论上计算和实际是不一样的,IGBT有内阻没有考虑,峰值电流没有考虑。20是额定电流吧?

他没考虑阻抗的问题,相同的电感量下频率越高阻抗越大。通直流电能和脉冲电能等效吗?不能的,直流电一通上去,电感很快就饱和了。脉冲电是不一样的。不知你们电磁炉行业用的PWM芯片是电压型还是电流型的?我们电焊机行业现在都改用电流型的UC3846了,采用峰值电流控制模式,也就是说,原边的电流采样互感线圈采样后的电流信号,经四只快恢复二极管组成的桥式整流电路整流后,再用一电阻转换成电压信号。反馈到芯片的电流检测端去参与PWM信号的脉宽调整。这样可做到逐个脉冲调整脉冲宽度,当检测到电流增大时就减小脉宽,反之则增大脉宽。如果负载短路就脉宽压缩到零。这很可靠的。IGBT就不容易炸掉

 

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hero0765
LV.4
10
2015-02-09 16:30
@秋雨_225
他没考虑阻抗的问题,相同的电感量下频率越高阻抗越大。通直流电能和脉冲电能等效吗?不能的,直流电一通上去,电感很快就饱和了。脉冲电是不一样的。不知你们电磁炉行业用的PWM芯片是电压型还是电流型的?我们电焊机行业现在都改用电流型的UC3846了,采用峰值电流控制模式,也就是说,原边的电流采样互感线圈采样后的电流信号,经四只快恢复二极管组成的桥式整流电路整流后,再用一电阻转换成电压信号。反馈到芯片的电流检测端去参与PWM信号的脉宽调整。这样可做到逐个脉冲调整脉冲宽度,当检测到电流增大时就减小脉宽,反之则增大脉宽。如果负载短路就脉宽压缩到零。这很可靠的。IGBT就不容易炸掉 
你好,“相同的电感量下频率越高阻抗越大”,这个是有条件的,在LC并联回路,当开关频率低于谐振频率范围内成立;在LC串联回路,当开关频率高于谐振频率范围内成立。还有,我们家用的单管并联电路,最开始是要先给一个直流的激励脉冲,让电路起振,就是让IGBT导通8us,然后关闭。而我现在发现,我们平常IGBT规格书上的额定电流 25A  ,是一个直流平均电流,但其实工作过程中,流过IGBT的是一个类似三角波的脉冲信号,而这些值峰值都比规格书的25A,50A都要大。所以,是我过去曲解了规格书上Ic这个参数,认为IGBT的电流无论是交流电流还是直流电流都应低于参数值Ic,其实,我们应该要把这个三角波信号,用数学公式计算出其平均直流电流,然后再跟规格书的Ic进行比较。
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貮寶
LV.7
11
2015-02-09 17:50
@hero0765
你好,“相同的电感量下频率越高阻抗越大”,这个是有条件的,在LC并联回路,当开关频率低于谐振频率范围内成立;在LC串联回路,当开关频率高于谐振频率范围内成立。还有,我们家用的单管并联电路,最开始是要先给一个直流的激励脉冲,让电路起振,就是让IGBT导通8us,然后关闭。而我现在发现,我们平常IGBT规格书上的额定电流25A ,是一个直流平均电流,但其实工作过程中,流过IGBT的是一个类似三角波的脉冲信号,而这些值峰值都比规格书的25A,50A都要大。所以,是我过去曲解了规格书上Ic这个参数,认为IGBT的电流无论是交流电流还是直流电流都应低于参数值Ic,其实,我们应该要把这个三角波信号,用数学公式计算出其平均直流电流,然后再跟规格书的Ic进行比较。
复10帖;涉及到IGBT应用问题;这样理解更危险了?
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hero0765
LV.4
12
2015-02-09 18:14
@貮寶
复10帖;涉及到IGBT应用问题;这样理解更危险了?

请看下面的图:输入功率为1200W,穿孔式高频电流互感器穿接在线盘某一根引线上,该引线是与IGBT的C极同端。由下面信号数据,可以计算,当IGBT导通后,电流可以达到47A。我使用的是25A的IGBT。请拿出数据说话,而非自我思惟。

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秋雨_225
LV.7
13
2015-02-09 21:52
@hero0765
你好,“相同的电感量下频率越高阻抗越大”,这个是有条件的,在LC并联回路,当开关频率低于谐振频率范围内成立;在LC串联回路,当开关频率高于谐振频率范围内成立。还有,我们家用的单管并联电路,最开始是要先给一个直流的激励脉冲,让电路起振,就是让IGBT导通8us,然后关闭。而我现在发现,我们平常IGBT规格书上的额定电流25A ,是一个直流平均电流,但其实工作过程中,流过IGBT的是一个类似三角波的脉冲信号,而这些值峰值都比规格书的25A,50A都要大。所以,是我过去曲解了规格书上Ic这个参数,认为IGBT的电流无论是交流电流还是直流电流都应低于参数值Ic,其实,我们应该要把这个三角波信号,用数学公式计算出其平均直流电流,然后再跟规格书的Ic进行比较。

你那叫自激振荡,先要给一个启动电流,如果PWM脉冲信号是由IC给出的,就属于它激振荡

 

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秋雨_225
LV.7
14
2015-02-09 21:59
@hero0765
请看下面的图:输入功率为1200W,穿孔式高频电流互感器穿接在线盘某一根引线上,该引线是与IGBT的C极同端。由下面信号数据,可以计算,当IGBT导通后,电流可以达到47A。我使用的是25A的IGBT。请拿出数据说话,而非自我思惟。[图片]
47A是峰值电流,并且你这电流是接近于正弦波,从零点上去不是很陡峭的上升到47A的,47A是在峰值,因此在峰值附近的时间是很短暂的,因此平均电流不会超过25A。再说了,管子在额定电流之上是有一定的过载余量的。形象的说,这电流是从0爬坡上去到47A再下坡到0。开关电源不能用线性电源的思维来理解,开关电源之所以能调节输出功率,是利用占空比来调节的,每一个开关周期,电压幅度都是满幅度,那么输出的电压为啥能根据反馈做调节呢?就是因为占空比,脉冲宽度小,输出的平均电压就低,反之则大。
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2015-02-10 11:13
话题不错啊,来围观~电源网微论坛(http://m.dianyuan.com/)正式上线了!萌宝限量放送喽~怎么接萌宝?两种途径:

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进入微论坛贴心方法,请扫描:

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wangjinchao
LV.5
16
2015-02-11 09:23

楼主的理解不错,igbt的峰值电流可以超过平均电流,说明书上也有。

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貮寶
LV.7
17
2015-02-11 10:12
@hero0765
请看下面的图:输入功率为1200W,穿孔式高频电流互感器穿接在线盘某一根引线上,该引线是与IGBT的C极同端。由下面信号数据,可以计算,当IGBT导通后,电流可以达到47A。我使用的是25A的IGBT。请拿出数据说话,而非自我思惟。[图片]

复12;方波和正弦完全不同,损耗不是把电流平均的概念,电路形式关系重大,例软开关和硬开关,差太多,那样拿说明书本本上记录的25a来套,显然有问题的,

就假设做一个25a的无触点直流开关行不行?开始行,但坏得很快的,要看实际情况.

所以IGBT实际上是工程设计和应用技巧!无数人积累了充足的经验,要学的是这个,非一个物理题目,再者物理题也不是几句话说得清楚,

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hero0765
LV.4
18
2015-02-11 15:15
@貮寶
复12;方波和正弦完全不同,损耗不是把电流平均的概念,电路形式关系重大,例软开关和硬开关,差太多,那样拿说明书本本上记录的25a来套,显然有问题的,就假设做一个25a的无触点直流开关行不行?开始行,但坏得很快的,要看实际情况.所以IGBT实际上是工程设计和应用技巧!无数人积累了充足的经验,要学的是这个,非一个物理题目,再者物理题也不是几句话说得清楚,
这只能怪本人对IGBT的规格书上的参数的意义,吃得不够透。
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nk6108
LV.8
19
2015-02-20 18:02
@wangjinchao
楼主的理解不错,igbt的峰值电流可以超过平均电流,说明书上也有。
如果规格书中标注的 Ic 真的是平均值,那岂非意味着管子在完全饱和时的 直流运力 其实仍未达到极限?!
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nk6108
LV.8
20
2015-02-20 18:21
@alai4
不用去算,别太保守,有的时候需要考虑实际的情况,你做出来的东西可以连续开20年,有什么用?我只用5分钟炒菜就够了

用5分钟做饭炒菜跟能用20(甚至N多个20)年本不矛盾,灶子耐用,不就能多炒几顿菜,少为维修及更新换代费钱劳心吗,不过,从阁下这通话中,却可引伸到 人文及经济学 两个课题。

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