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疯狂的构思

我想了一个方案,用IGBT做100KHz的焊接电源,而且效率要达到95%以上,各位认为成功的机会有多少?
我的设想:1.CLR全谐振变换器,真正的ZVS和ZCS.
          2.PWM/PFM参数控制,但是并不是调节100KHz的脉宽,而是自动调节工作周期,具体的是:根据误差放大器的结果控制同步开关,调整周期以100KHz的一个全周期为单位,100KHz主频的占空比始终保持在95%左右.也就是说,如果需要导通时,那么至少导通一个完整周期(至少工作10微秒).相信10微秒还不至于过流.即使输出短路,有滤波电感的存在也不至于10微秒就过流.
    缺点:1.输出脉动可能会比较大,这是因为PFM是以负载轻重来自动调节工作周期的,空载或是轻载时可能会有轻微杂音.
          2.开关管峰值电流会大一些,峰值电流为1.57平均值.但是对于IGBT来说,这个不是问题,IGBT计算静态功耗,只要算平均值就行.
    优点:1.真正的ZVS和ZCS,开关损耗可以忽略不计,输出整流管要求大为降低.
          2.100KHz的主频可以大大缩小变压器的尺寸,而且可以使用IGBT.
          3.用CLR可以提高输出空载电压,相应的,电压会提高到1.27常规设计.

PS:常规谐振式开关的缺点:无论怎样设计,都会在大范围调节时退出ZVS或是ZCS状态,所以和硬开关相比,改善很有限.
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石石
LV.7
2
2008-09-26 09:23
好久没有看见你的帖子了,呵呵
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wcarlsk
LV.3
3
2008-09-26 09:31
miller xmt304,xmt456应该是此技术.
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lyticast
LV.7
4
2008-09-27 00:12
@石石
好久没有看见你的帖子了,呵呵
最近都是在研究功率超声电源,做过这样一个方案,很可惜,在超声波里面并不能实现.原因是换能器自由频率和强迫激励频率不一致,造成再驱动相位误差而失败.但是单纯的CLR电路并不存在这样的问题,故我认为这个方案的成功率应该很高.
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lyticast
LV.7
5
2008-09-27 00:13
@wcarlsk
millerxmt304,xmt456应该是此技术.
别人怎么做的我不知道,也没兴趣知道.不过理论上来讲,本方案应该是最有可能达到理想状态的方案,各位有兴趣不妨试试看.
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307544991
LV.6
6
2008-09-27 12:05
2.PWM/PFM参数控制,但是并不是调节100KHz的脉宽,而是自动调节工作周期
那么还只是PFM啊,关键是用多大的IGBT用在多大功率的机.
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lyticast
LV.7
7
2008-09-27 12:21
@307544991
2.PWM/PFM参数控制,但是并不是调节100KHz的脉宽,而是自动调节工作周期那么还只是PFM啊,关键是用多大的IGBT用在多大功率的机.
根据理论计算,应该是400A手工焊用100A的IGBT全桥.主变匝比8,输出空载电压85V
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lyticast
LV.7
8
2008-09-27 12:43
在感应加热应用,尤其是金属熔炼,大多数是采用时间分割法来调整功率,其实也就是超低频的PWM,由于负载的热惯量很大,那么就可以把负载看成是一个很大的LC滤波回路.温度控制通常用温控表,温控表的动作速度由负载的热惰性和温控精度共同决定.那么按此推理,把电流反馈误差放大器当成是温控表,把电弧看成是要熔化的金属,再提高调制速度,那么这个电路也就成型了.当调制频率高到一定程度,就需要采用同步开关来通断电路,防止产生额外的开关损耗.
硬开关电路和绝大多数软开关电路的效率,无法和纯粹的感应加热相比,10KW级的感应加热电源,效率做到99%不是难题.但是如果采用PWM或是PFM来调节功率,那么所有优点荡然无存.采用调压器调节,那么会带来装置笨重和成本过高的问题.
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307544991
LV.6
9
2008-09-27 14:33
@lyticast
根据理论计算,应该是400A手工焊用100A的IGBT全桥.主变匝比8,输出空载电压85V
看一般IGBT的手册,大部分75A以上的IGBT的测试频率是15-20KHZ,占空比50%,随着F提高,工作电流下降很快,象100A的IGBT一般可能工作的极限频率恐怕不会超过50KHZ.一般工作频率高的也就是一些小功率的单管IGBT.
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lyticast
LV.7
10
2008-09-27 23:17
@307544991
看一般IGBT的手册,大部分75A以上的IGBT的测试频率是15-20KHZ,占空比50%,随着F提高,工作电流下降很快,象100A的IGBT一般可能工作的极限频率恐怕不会超过50KHZ.一般工作频率高的也就是一些小功率的单管IGBT.
少见多怪了吧?IGBT制作的感应加热电源,早就突破了100KHz的上限,手册上的参数是指硬开关状态下的参数,全谐振状态下并没有这样的限制
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307544991
LV.6
11
2008-09-28 09:26
@lyticast
少见多怪了吧?IGBT制作的感应加热电源,早就突破了100KHz的上限,手册上的参数是指硬开关状态下的参数,全谐振状态下并没有这样的限制
哦,谢谢.
问题是电弧负载是瞬息万变,要想全谐震,难度比教大一点,谐振点跟踪太精确可能容易自激振荡,对系统不利.没试过,瞎说的啊.
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307544991
LV.6
12
2008-09-28 09:28
@wcarlsk
millerxmt304,xmt456应该是此技术.
老弟,有参数没?我只有图,没参数,也就没好好看看.
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lyticast
LV.7
13
2008-09-28 10:32
@307544991
哦,谢谢.问题是电弧负载是瞬息万变,要想全谐震,难度比教大一点,谐振点跟踪太精确可能容易自激振荡,对系统不利.没试过,瞎说的啊.
全谐振的频率取决于LC的取值,和负载无关.超声波不同,他的机械系统是另外的一套谐振网络,两套谐振系统在一起是会打架的,但是电弧应该不存在这个问题.
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lyticast
LV.7
14
2008-09-28 10:34
@307544991
哦,谢谢.问题是电弧负载是瞬息万变,要想全谐震,难度比教大一点,谐振点跟踪太精确可能容易自激振荡,对系统不利.没试过,瞎说的啊.
没点难度,没点挑战性,做出来很快就会被仿造,那就很没意思了.
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maitong
LV.3
15
2008-09-28 11:29
@lyticast
在感应加热应用,尤其是金属熔炼,大多数是采用时间分割法来调整功率,其实也就是超低频的PWM,由于负载的热惯量很大,那么就可以把负载看成是一个很大的LC滤波回路.温度控制通常用温控表,温控表的动作速度由负载的热惰性和温控精度共同决定.那么按此推理,把电流反馈误差放大器当成是温控表,把电弧看成是要熔化的金属,再提高调制速度,那么这个电路也就成型了.当调制频率高到一定程度,就需要采用同步开关来通断电路,防止产生额外的开关损耗.硬开关电路和绝大多数软开关电路的效率,无法和纯粹的感应加热相比,10KW级的感应加热电源,效率做到99%不是难题.但是如果采用PWM或是PFM来调节功率,那么所有优点荡然无存.采用调压器调节,那么会带来装置笨重和成本过高的问题.
想法不错!我们的试验已经观测到了你的构想!其效果显著!很欣赏你的思维方式!继续前进吧!!
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lyticast
LV.7
16
2008-09-28 11:38
@maitong
想法不错!我们的试验已经观测到了你的构想!其效果显著!很欣赏你的思维方式!继续前进吧!!
哈哈,我在另一板块被版主说成是肤浅和误人子弟呢.
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maitong
LV.3
17
2008-09-28 11:48
@maitong
想法不错!我们的试验已经观测到了你的构想!其效果显著!很欣赏你的思维方式!继续前进吧!!
该系统可分两段处理:<30%负载时进入PWM及猝发模式;>30%负载时进入均匀脉冲分布(矩阵)模式.这样的效果:降噪声!(效率>98.8%;12KW).
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307544991
LV.6
18
2008-09-28 11:52
@lyticast
全谐振的频率取决于LC的取值,和负载无关.超声波不同,他的机械系统是另外的一套谐振网络,两套谐振系统在一起是会打架的,但是电弧应该不存在这个问题.
这个LC中L是不是与变压器无关?
我想如果是变压器的L,那么负载的R就会参与协振.
空载时,R大,L应只是自感.
负载时,R小,L应是漏感,而R就串进回路.
不知应怎么设计?才与负载无关?
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lyticast
LV.7
19
2008-09-28 11:54
@maitong
该系统可分两段处理:30%负载时进入均匀脉冲分布(矩阵)模式.这样的效果:降噪声!(效率>98.8%;12KW).
恩,这些是具体的细节了,但是在焊接里面如何控制,还是要看实际试验中的表现才能决定.主方向应该是没错的.焊接负载动态范围很大,采用负载鉴别的方法不一定很合适(推向中,别当回事)
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maitong
LV.3
20
2008-09-28 11:56
@maitong
该系统可分两段处理:30%负载时进入均匀脉冲分布(矩阵)模式.这样的效果:降噪声!(效率>98.8%;12KW).
其实人们对自然界的认识不想人们以为的高!我就没学过电力电子,也许功夫在外吧!体会:多多的爱大自然吧:有观察和思考,加因势利倒,会达目标的......
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maitong
LV.3
21
2008-09-28 11:59
@maitong
其实人们对自然界的认识不想人们以为的高!我就没学过电力电子,也许功夫在外吧!体会:多多的爱大自然吧:有观察和思考,加因势利倒,会达目标的......
动态特性的复杂是相对控制而言的,那就累了......如果有更快的调节呢?就不是问题啦!
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lyticast
LV.7
22
2008-09-28 12:01
@maitong
其实人们对自然界的认识不想人们以为的高!我就没学过电力电子,也许功夫在外吧!体会:多多的爱大自然吧:有观察和思考,加因势利倒,会达目标的......
因势利导,太正确了,领会到这个才能做真正的设计师.我也没学过超声波,但是照样做出世界一流的产品.这个只不过是搞超声波失败的一个构思,用在此处应该是正合适.所以说,研究到了这个份上,更多体现的是一种境界,是一种融会贯通的境界了.
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lyticast
LV.7
23
2008-09-28 12:04
@maitong
动态特性的复杂是相对控制而言的,那就累了......如果有更快的调节呢?就不是问题啦!
可能吧,我原来的设计意图是控制周期定为主频的1/4,用分频器做还能保证严格同步.这就是你所提出的均匀脉冲分布了,但是空载的时候可能会有点问题.
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maitong
LV.3
24
2008-09-28 12:05
@maitong
动态特性的复杂是相对控制而言的,那就累了......如果有更快的调节呢?就不是问题啦!
常规思维:动特性的观测都是从输出端得到的,然而,Pin=Pout说明从输入端也可以呀!特别是全谐振传输,按基波方式的,输入侧更重要!!
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maitong
LV.3
25
2008-09-28 12:07
@lyticast
因势利导,太正确了,领会到这个才能做真正的设计师.我也没学过超声波,但是照样做出世界一流的产品.这个只不过是搞超声波失败的一个构思,用在此处应该是正合适.所以说,研究到了这个份上,更多体现的是一种境界,是一种融会贯通的境界了.
握手!赞同!
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307544991
LV.6
26
2008-09-28 12:14
@maitong
常规思维:动特性的观测都是从输出端得到的,然而,Pin=Pout说明从输入端也可以呀!特别是全谐振传输,按基波方式的,输入侧更重要!!
Pin=Pout在精确焊接里可能不行,在系统控制稳定性就很有优势.
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lyticast
LV.7
27
2008-09-28 12:15
@maitong
常规思维:动特性的观测都是从输出端得到的,然而,Pin=Pout说明从输入端也可以呀!特别是全谐振传输,按基波方式的,输入侧更重要!!
问题在于:空载就无法谐振,Q太低了.另外,我原设计是有PLL跟踪频率使得电路始终工作于全谐振,但空载时无法实现,带死负载又不能通过能源之星,看来要从LC元器件选择上下功夫了.
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307544991
LV.6
28
2008-09-28 12:15
@lyticast
没点难度,没点挑战性,做出来很快就会被仿造,那就很没意思了.
君子动口不动手,这就是最高境界了.
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307544991
LV.6
29
2008-09-28 12:18
@lyticast
问题在于:空载就无法谐振,Q太低了.另外,我原设计是有PLL跟踪频率使得电路始终工作于全谐振,但空载时无法实现,带死负载又不能通过能源之星,看来要从LC元器件选择上下功夫了.
这就是我上面提到的问题.
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lyticast
LV.7
30
2008-09-28 12:21
@307544991
这个LC中L是不是与变压器无关?我想如果是变压器的L,那么负载的R就会参与协振.空载时,R大,L应只是自感.负载时,R小,L应是漏感,而R就串进回路.不知应怎么设计?才与负载无关?
实际设计时,是要把变压器的漏感也算作是LC谐振槽的一部分,至于LC的取值,应该是取Z>5RL来设计,其中Z＝2PiFL
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maitong
LV.3
31
2008-09-28 12:28
@maitong
握手!赞同!
空载转入猝发模式;电流能表征的东西很多!
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