Потери в резонансном мостовом инверторе, Расходится расчет и практика Опции

[tema-electric]

Всем привет.

Собственно, есть статейка, в которой приводится методика расчета потерь. Посчитал, получились у меня для модуля MIXA40W1200TMH потери в районе 55 Вт для среднего тока 17 А (амплитудна тока 24 А, волновое сопротивления контура 32 Ом, напряжение на входе инвертора 500 В, мощность инвертора 5 кВт, резонансная частота 80 кГц).

Когда реально стал гонять модуль, потери на нем составили около 100 Вт, судя по разнице температуры между показаниями термистора и температурой радиатора. Термистор показывал 95 градусов, а радиатор 70. При этом я вышел всего на 2 кВт, вместо расчетных 5. На 2.5 кВт модуль перегрелся и сгорел.

Отсюда вопрос, какие типы потерь я не учел. Для статики все должно было работать. Динамических потерь вроде как нет.
Насколько существенно влияет частота работы транзисторов в таком режиме? У меня существует убеждение, что по идее раскачать можно любой резонансный контур на любую частоту, хоть на 200-300 кГц, но мне говорят что это не так, а причину не объясняют.

[Starichok51]

если не лень, найдите и почитайте апнот an-1160 для микросхем IR27951/2. я по нему делал свою программу.
там и картинки есть с режимами работы, когда ZVS, а когда ZCS. и семейства регулировочных характеристик.
так вот, что регулирование работало во всем диапазоне питающего напряжения и во всем диапазоне нагрузок, должно быть определенное отношение индуктивности намагничивания к резонансной индуктивности. и получить требуемое отношение возможно только при довольно низкой индуктивности намагничивания, что обеспечивается введением зазора в сердечник.
нижняя частота прямо никак не используется, она просто показывает диапазон изменения рабочей частоты во всем диапазоне регулирования. на нижнюю частоту резонансный преобразователь сам перестроится (за счет обратной связи по выходному параметру) например, при минимальном напряжении питания.
еще. правильный расчет обеспечит, чтобы преобразователь при регулировании не переходил из режима ZVS в режим ZCS.

[tema-electric]

если не лень, найдите и почитайте апнот an-1160 для микросхем IR27951/2. я по нему делал свою программу.

Нашел, почитал и пришел к выводу что ZVS мне не годится в принципе, т.к. мне нужно регулировать выходные параметры с перекрытием как минимум 10 раз, а то и больше. Слабо себе представляю, как инвертор в режиме ZVS с входным напряжением 500 В сможет перестраивать выходное напряжение скажем от 10 до 500 В. Это я что частоту должен перестроить в 50 раз? )) Она и так вобщем-то в режиме ZCS сама перестраивается от 0 до fmax и без лишних заморочек с контролем состояния транзисторов. Другое дело что на низких частотах появляется акустическое сопровождение. Но и здесь оно будет, и никуда не исчезнет. Поправьте меня, если я не прав.

[khach]

Слабо себе представляю, как инвертор в режиме ZVS с входным напряжением 500 В сможет перестраивать выходное напряжение скажем от 10 до 500 В.

При таком глубоком регулировании надо придумывать дополнительные заморочки. Или применять PFC (активный выпрямитель) на входе, притом по схеме, которая позволяет как повышать, так и понижать выпрямленное напряжение перед резонансным инвертором. Или резонансный инвертор на низких нагрузках перестает быть резонансным, делаем обычный ШИМ, т.к потери жесткого переключения при нагрузках меньше 1/10 от номинала несущественны. Только в этом случае цепь управления сильно усложняется, контроллер двухрежимного моста проще делать на микроконтроллере.
Как совсем сообый случай- инвертор с двумя первичными обмотками на трансформаторе и двумя силовыми мостами под разные режимы нагрузок. Хотя это обычно применяется при большом разбросе напряжений в первичной сети. Проще будет расуждать , если приведете блок-схему преобразователя.

[tema-electric]

При таком глубоком регулировании надо придумывать дополнительные заморочки.

Сейчас нет заморочек. Стоит обычный мост трехфазный, потом LC фильтр, емкость накопительная, мост с резонансным контуром LLC, выпрямитель, выходной ключ и нагрузка. Инвертор управляется частотой от 0 до fmax. fmax настраивается в режиме КЗ так, чтобы не было наложения. В этом же режиме выставляется такая длительность управляющих импульсов, чтобы она была 3/4 периода синусойды. И все работает, никаких заморочек с контролем напряжений и прочей фигни. Нужно только недопускать, чтобы инвертор вышел в режим ХХ, и обычно это решается просто его отключением, при перезаряде выходной емкости. На низких мощностях есть проблема с тем, что инвертор качает энергию квантами, и присутствуют пульсации. Но это несущественно. Ставим емкость побольше, и пульсации становятся меньше или повышаем резонансную частоту и энергия кванта уменьшается. При этом конечно на низких мощностях все это дело поет, и я думал, что режим работы ZVC способен решить эту проблему, а также уменьшить динамические потери. Сейчас на 5 кВт потери на ключах моста не превышают 200 Вт. И это тупо решено применением высокочастотных IGBT.

Наверно применение ZVC режима помогло бы уменьшить потери. Но стоит ли оно того? Надо все время за чем-то следить, чтобы не дай бог ключи не открылись невовремя + перестройка резонансной частоты и как следствие, необходимость перестройки длительности управляющих импульсов. Может поэтому ключи и горят у народа, что так все сложно в управлении? У нас горят обычно по перегреву, если кто-то прокосячился.

[thickman]

Нужно только недопускать, чтобы инвертор вышел в режим ХХ, и обычно это решается просто его отключением, при перезаряде выходной емкости. На низких мощностях есть проблема с тем, что инвертор качает энергию квантами, и присутствуют пульсации.

На легкой нагрузке "кванты" вовсе не свирепые, потому что нагрузка включена в рез контур последовательно, а начальные условия зарядки выходного фильтрующего конденсатора на малых нагрузках далллеко ненулевые. Проблема завышенного напряжения на хх вашего "квантового генератора" дуалистична:
1. Чрезмерно заниженная частота коммутации по отношению к резонансной частоте контура.
2. Влияние на передаточную характеристику индуктивности намагничивания трансформатора.
Важно взаимовлияние этих двух пунктов, если считать не любите, тогда придется заняться более тщательным моделированием. Моделирование покажет, что с учетом двух обозначенных пунктов простой резонансный контур не такой уж простой и весьма напоминает известную двухрезонансную LLC-топологию. Причем в худшем своем проявлении, поскольку выбран режим работы с частотой коммутации ниже резонансной частоты контура, а не выше, как это принято в LLC-топологии. Проведите АС-моделирование и все станет понятно. Если по какой-то причине решились на такую коммутацию (подчеркну, - на коммутацию ниже резонансной частоты контура), то от LLC никакой пользы кроме вреда. Иными словами, если завышенное напряжение холостого хода нежелательно, придется увеличить Lm трансформатора насколько это возможно и подогнать частоту коммутации ближе к рез частоте контура.