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单相,无桥PFCPWM整流并网逆变变频器SVG等单相试验系统设计

2018-08-10 06:59:23      点击次数:
上一篇:小功率高压电源 贴片电感

针对家用汽车充电、大功率电器电源、特斯拉Powerwall等产品的技术研发和储备,本着低成本高技术的原则,本人开始设计一款中等功率(2~6KW)的单相试验验证系统,主要用于完成单相无桥PFCPWM整流并网逆变变频器SVG等产品的控制技术验证。现在此向各位业类朋友分享部分设计过程。

第一,单相试验系统简要说明

1, 纯数字控制,功能扩展很方便。如可在PFC后级增加DCDC控制,可扩展多种通信方式等。

2, 基于FPGA(EP4C10)的控制系统,采用“硬核”多路并行浮点运算完成控制,系统时钟100MHz,算法周期1us,算法完成时间小于1.5us。

3, 采用具有数字输出的电流检测隔离光耦(Σ-Δ模数转换器ADC),大大简化电压、电流采样电路的设计,提高采样电路的性能。采样芯片时钟10MHz,采样完成(读取)时间5us。详见后续硬件设计简介。

期待你的发布。

谢谢关注 第二,单相试验系统硬件设计

本着节约成本和方便更改的原则,单相试验系统根据功能被设计成若干小板(10*10cm或5*5cm以内,淘宝打样便宜),具体如下

1,输入板,完成EMC滤波。如图Ua1、N1接电网,Ua2、N2接后面的主回路板。输入板L3、C14的作用是滤除高频电流谐波,要求其谐振频率在开关频率附近。

图1

2,主回路板。主回路简图如下。L1_in、N_in接前面的输入板。Bus+、Bus-外挂一个450V、 820uF的电容后带负载。Q1、Q3如果焊接为二极管,即可做无桥PFC使用。

图2

主回路板交流电流、交流电压、直流电压采样电路如下。检测光耦可直接检测高压信号,直接输出隔离的数字信号,大幅度简化采样电路设计(省去霍尔元件、后级运放电路等)

图3

主回路板上还有主控板接口、电源板接口、脉冲驱动板接口、DA板接口、R232通信接口、电源端子、风扇端子等。

图4

怎么你也做什么220伏无桥整流,我这里不方便多说什么了,就是同步整流了,同步整流适合低电压的如5伏,12,24,48,100伏以上就不对头了,就谈着一些吧,不详细。注意性价比,本来我说的头头是道,这里不重复了。许多人问过我,我的回答非常有利的,大家佩服我了。

^_^ 其实什么无桥整流、同步整流、PWM整流都是些名称,在我这里没有太多的纠结。其实,单相无桥PFC和PWM整流(能量可以双向流动,可以从DC到AC,更可以从AC到DC),在我看来在控制上没有太多区别----仅仅是多两路脉冲输出,脉冲的产生有点区别(控制算法完全一样),改起来很方便。 W赞同楼主,其实这个H桥,既可以整流也可以逆变,只不过工作在整流时,表现为升压,在逆变时,表现为降压。只要控制好PWM 这个就是一个双向变换器。

3, 驱动板。下图是一路的PWM原理图,FPGA驱动能力足够,直接驱动驱动光耦,省事。

图5

下图是驱动板PCB。因先做无桥PFC实验,只焊接了2、4路驱动,2、4路驱动共用一路驱动电源。

图5_1

4, 电源板。把12V电源转化为5V,主要给控制板供电

图6

5, 控制板,一个EP4C10的最小系统板。

图7

6,主回路的组装。如下图,插上控制板即完成主回路的组装。第一版主回路板如图还有些小问题,正在更改第二版。输入板目前没做,直接焊接一个电感做低压试验。这里说一下DA(数模转换)扩展口--------对于数字控制算法设计的辅助作用非常强,通过外接的DA板可以引出并在示波器上观察控制器内部的各个数据信号或变量------搞好电力系统的控制算法设计,必须要有个这玩意。

图8主回路组装

好帖子,上个头条

谢谢!

已经被添加到社区经典图库喽
http://www.nahua.net 扁平线电感/bbs/classic/ 第三,低压试验—无桥PFC程序功能性验证 这个贴子正是我想要的,非常好

8, 低压试验我一般选择1/10额定电压(单相即交流22V)开始做,上面试验电压的选择是因为调压器未到。1/10额定电压处,完成预定功能后,如逐步提高电压等级,如可在交流额定电压1/5处,1/2处,2/3处,进行不同的试验,检验装置的绝缘耐压、控制参数的匹配情况、PWM的驱动能力等是否有异常。最后在交流额定电压处进行试验。

最核心的还是控制算法,期待后续楼主的分享,尤其是控制思路。 ^_^ 控制算法不好分享~~这里主要是分享一些设计过程和方法~~~控制算法还是要靠多做仿真~~~

FPGA做算法?为啥不用DSP呢

确实是FPGA做的算法~~N年前入这行的时候就用的FPGA,不会玩DSP。FPGA有浮点运算核(当然也可以自己写 浮点^_^),可以直接调用。只要资源够可以同时进行多路运算,不存在数据寄存问题,适合复杂或快速的控制。 做软件算法是核心,如果共享确实对作者不公平。出个实物,分享下设计调试过程呗。只要不是仿真贴,没什么喷子的。

晚上高压调试完毕(交流220V,直流360V,功率1KW),明天发帖分享结果

第四,高压试验—无桥PFC程序功能性验证

在交流额定电压处进行试验,测量电压、电流波形,散热器温度,效率等各个技术指标。

测试连接图如下:

图9,高压试验

1, 电压电流波形测试。逐步增加电压、电流,看是否有异常。

如笔者调试中发现,电压、电流的采样滤波参数过大(一阶滤波,犹如模拟运放滤波电路中的C值过小)时,系统会发生轻微震荡,电感发出吱吱声,电流中出现额外的高频信号,如下图:(图中测量时,直流电压为350V)

图10,高频振荡

调整合适参数后,噪声减小,电流中的高频电流明显减小,如下图:(图中测量时,直流电压为350V)

调节上图中的电压刻度,使电压电流波形尽量重合,如下

图13,高频振荡减小

图中可见,电压电流一致度还是可以,PFC基本接近一个理想的电阻。电流波形略微超前一点电压波形,是由于滤波回路中的电容造成的。

2,能耗、效率测试。

根据典型的单相无桥拓扑,笔者将主回路板中的Q1、Q3焊接为快速恢复二极管,原理如下图

图13,无桥PFC结构

实际焊接的第二版主回路板如下:

第二版主回路板

在主要元器件选择上,笔者采用已有的元件,并未做优化选择:

二极管Q1和Q3型号:DSEI60-12A(1200V ,60A,Trr=40ns,典型压降2V)

MOS管Q2和Q4型号:47N60

MOS管Q2和Q4开关频率:25KHZ

因测量工具(万用表,电流钳)有限,搞了半天,发现功率测量值不具备参考意义~~~~

用红外测温仪测试散热器温度:1.5KW时,自冷状态下-----MOS管Q2、Q4散热器平均温升19℃,最高温升28℃;二极管Q1、Q3散热器平均温升大于70℃,最高温升大于100℃(稍加微风,温度即可稳定在50℃内)。综合来看,二极管上的损耗过大,选型不当,等有机会再改进;从发热量上来初步预估整机效率还是不错,后续笔者有条件增加整机功率再测试。

3, 无桥PFC驱动脉冲的探讨

无桥PFC有两个MOS管Q2和Q4需要驱动信号PWM2和PWM4。PWM2和PWM4可以完全一样,但笔者增加了同步整流功能使PWM2在正半周全高、负半周斩波,PWM4在负半周全高 、正半周斩波。如图不开同步整流时的PWM波形:

TEK0006

如图开同步整流时的Q4管PWM波形:

TEK0007

实际效果,低压时 开同步整流明显提高效率(输出不变,输入交流明显减小)。高压时,效果不明显。 H桥程序的低压调试已完成,实现两台装置对拖----一台做电源(用电),一台做“假”负载(发电)。改天上测试结果。

楼主真厉害,这么难的东西 运用自如啊

大电流电感
  • saber 仿真RCC电路求助





    最近想做一个电源玩玩 采用RCC方式制作


    初步想先仿真一下,刚接触SABER不长时间,遇到问题了,求助一下高手们,帮我看看






    这是仿真建ss.rar立的文件 好像这个s

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