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三相SPWM工频逆变的启动问题

要做一个三相的工频逆变,手头上有一个样机,采用的是PIC的单片机做的,由于设备年代久远,公司需要做功能上的优化和改进,而原设计者已经离职,不得不抄袭原硬件,重新写软件。原设计的大概情形如下:

1. DC48V升AC380V

2. 3路双极性PWM波,驱动3只IR2110,每只IR2110驱动上下2个壁管,载波频率2.667KHz

3. 每一相PWM驱动采用的是6只FTP23N10驱动,3只上管+3只下管3. 3只工频升压变压器,原边输入26.5V,副边主输出240V,副边第2个绕组输出20V,绕组2用作电压反馈引脚。

4. 3个 240V绕组输出的一端公共连接作为N线,另外的一端是3根火线各接入1只10uF、250V的电容滤波,再输出,AC输出采用3相4线的Y型接法

5. 工作的时候有比较响的噪声出现。

新的设计将原来的插件阻容换成了贴片的,IR2110换成贴片的,MCU采用的STM8S105,该MCU有3路双极性的互补PWM输出口,很适合做三相驱动,死区时间可以任意设置,带刹车输入功能。这里将过流保护信号引入到刹车输入引脚,过流或者短路发生时,立即停止PWM输出,刹车功能是MCU的内部硬件实现,不与软件相关,所以响应时间非常块。

为了保持原功率部分不变,特别将PWM的周期设置为2.667KHz,死区时间设置的是2us(原设计大约为1us不到),经过示波器测试开启和关断波形,非常漂亮,有时间传波形上来。  采用查正弦表的方式产生3相驱动波。

调试过程和出现的问题描述如下:

调试的时候,采用的一个20V的开关电源替换48V电池调功率部分,PWM的调制深度90%左右,没有软启动,上电直接输出90%的调制深度的PWM波,不带任何负载,没有引入反馈,采用开环的方式输出,由于担心烧管(FTP23N10),每个通道2只MOS管,上壁1只,下壁1只,上电工作后,没有任何异样,并且变压器有声音发出,和样机的声音差不多,然后用示波器测试升压的正弦波,非常漂亮,肉眼看不出失真,有时间我发图上来,然后,我用万用表测量3相相电压电压分别为104V,108V,112V。整个过程很顺利,没有烧管。问一句,这理有4V的电压差别,是因为那3只大滤波电容容量不一致引起的还是,3只变压器的变压比有细微的差别导致的?或者都有可能?

然后,将48V电池接入,开环,不带负载,上电直接输出90%的调制深度的PWM波,每相通道2只MOS管,上壁1只,下壁1只,通电瞬间,只见火花一冒,赶紧关电,测试发现3个通道的6只MOS管全部击穿短路,并且短路全部都是G,D,S直通。

现在有几个问题想问一问前辈们

1.  原设计是2.667KHZ的载波频率,在变压器不改变的条件下,我能否将载波频率提高? 或者说提高了会影响什么?

2.  原设计逆变板,在工作的时候,噪声有点大,是否是因为载波频率低,变压器产生噪声做导致的?

3.  上电启动假如不加入软启动,是否会大大增加烧管的几率?

4.  测试采用的是单只MOS管,是否会导致烧管。 从原理上来说,变压器不带负载,启动电流应该是线性增加,不存在瞬间的大电流才对,

     那烧管是否还会有其他什么原因呢?

5.  FTP23N10是耐压100V的管子,48V电池接入,会不会存在耐压不够,烧管?

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top041376
LV.6
2
2017-10-17 07:52
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liufan
LV.4
3
2017-10-18 19:06
@top041376
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谢谢,我自己也来顶一顶。。。。。
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HWXHQDQ
LV.5
4
2017-10-26 20:18
死区时间合理不!
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2017-10-27 20:22
可以参考EG8030的方案,就是用工频变压器的。
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liufan
LV.4
6
2017-10-30 19:57
@简单活着
可以参考EG8030的方案,就是用工频变压器的。

只怪之前不了解有EG8030这个方案,所以硬件设计都是定了,并且公司还是希望能参照样机来设计。

调试到现在,情况是,我把SPWM的频率调高到了12.5KHZ(原设计是2.667KHZ),没有工频噪声了,3相的波形已经出来,并且,之前烧管子是因为管子有问题导致的。现在单相带100W的灯泡负载都没有什么问题了,但是其中有2相的高边MOS管有点发热,低边管,带负载的话,发热就更加明显,但是空载的波形区别不大。 驱动管是IR2110,今天在测试带3相100W的灯泡负载的时候,反倒出现上电的瞬间,那1路不发热的MOS管炸管了,我个人分析发热的原因是极有可能是因为布线造成的,因为3相的驱动线路和驱动信号是完全一致的,相位我也测试过是120度。3相的驱动不平衡导致炸管,但是不明白为什么炸的是那1相不发热的管子? 有大师能解答一下吗?

还有,对于工频逆变器来说,提高SPWM的频率,有哪些优缺点呢?   原设计的SPWM的频率是2.667KHZ,变压器噪声很大,我相信原设计者肯定知道提高SPWM的频率可以消除噪声的,但是他没有这么做,我想应该是有一定的道理和原因的。只是我才疏学浅,不明真想,所以希望大师们能解答一下,小弟我感激不尽!

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HWXHQDQ
LV.5
7
2017-11-10 21:42
@liufan
只怪之前不了解有EG8030这个方案,所以硬件设计都是定了,并且公司还是希望能参照样机来设计。调试到现在,情况是,我把SPWM的频率调高到了12.5KHZ(原设计是2.667KHZ),没有工频噪声了,3相的波形已经出来,并且,之前烧管子是因为管子有问题导致的。现在单相带100W的灯泡负载都没有什么问题了,但是其中有2相的高边MOS管有点发热,低边管,带负载的话,发热就更加明显,但是空载的波形区别不大。驱动管是IR2110,今天在测试带3相100W的灯泡负载的时候,反倒出现上电的瞬间,那1路不发热的MOS管炸管了,我个人分析发热的原因是极有可能是因为布线造成的,因为3相的驱动线路和驱动信号是完全一致的,相位我也测试过是120度。3相的驱动不平衡导致炸管,但是不明白为什么炸的是那1相不发热的管子?有大师能解答一下吗?还有,对于工频逆变器来说,提高SPWM的频率,有哪些优缺点呢? 原设计的SPWM的频率是2.667KHZ,变压器噪声很大,我相信原设计者肯定知道提高SPWM的频率可以消除噪声的,但是他没有这么做,我想应该是有一定的道理和原因的。只是我才疏学浅,不明真想,所以希望大师们能解答一下,小弟我感激不尽!
怎么不用单片机出3相呢?8030我也玩过,但还是玩不好它!现在用5元钱单片机就轻易搞好了,在高频逆变还能3相独立稳压。
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liufan
LV.4
8
2018-06-04 16:37

平时很忙,最近闲一点,说一下这个产品的情况,最开始的关于SPWM的问题已经解决,电路没有问题,程序也没有问题,是管子的问题,这个版本已经在客户那边测试没有问题了。

不过客户那边提到说在相同的测试条件下,带负载能力没有样品强,我在现场通过调整,怎么也调整不好,最后,通过对样品的波形研究,发现不是使用的SPWM调制方式,而是采用SVPWM方式,不得已,后来修改软件,采用SVPWM方式驱动,现在客户正在做测试,带负载能力没有问题了,正在测试其他项目,等待结果。

SVPWM方式确实很不错,明显电压利用率高,最开始不熟悉SVPWM,啃了好久理论知识,找了一些参考资料,最后还是捣鼓出来了,虽然做出来了,但是有些方面还是不太理解。

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