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【DigiKey DC-DC專場】+三相逆變器驅動隔離供電測試

近期由于要測試一款380V系統的三相電檢測設備,而家里又不可能專門遷入一根工業電。所以就需要自己搭建一個這樣的平臺。

參考了手頭上的變頻器:

220V輸入,輸出是220V的三相電。功率1KW,本來是用于我的調速砂輪機的,拆開了看了下內部結構作為參考。

這個與普通逆變相同,只是由單相逆變的全橋驅動多了一組管子,6顆IGBT控制三相的輸出。

拆了一個電容測量了下耐壓,雖然是630V的電容,但是如果用在550V直流下,還是有點危險的,尖峰會有擊穿的風險。

這個變頻器生產時間很早,至今應該有十幾年了,調制頻率是4K赫茲,輸出還是有很多雜波,如果直接用這個逆變器的結構去修改成380V的,電路上有很多地方需要修改,保護點啥的就更麻煩了。所以放棄直接修改,只按照它的次級結構自己制作一個純后級就是了。

想法就是用一只50瓦的隔離變壓器,把220V的電壓編程380V單相,再整流濾波,變成500V左右的高壓直流。

后面用三組移相120度的MOS,得到三相380V的測試用三相電,輸出功率40瓦以內就夠了。

圖紙和圖片整理中,后續陸續跟帖加入。

視頻:

 

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08-04 20:10

根據后級繪制了電路圖。先把容易畫好的電源板子畫出來打樣:

四組輸出,共用一個220V供電,輸出帶指示燈,四角四個3.5mm的孔。用于安裝固定螺絲,方便測試,以免底板零件意外碰到桌子上的金屬物品。我桌子比較亂,很多零件和線頭的,四角的孔已經成了打樣的習慣啦。

得捷購買的美國產隔離電源,每只輸出24V,電流0.66A,功率15瓦。

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08-04 20:15

按照模塊的使用說明,前面要有20mH的共模電感和X電容。以免模塊之間互相的高頻干擾。

電感自己做,電容有庫存的0.47uf,直接上。

EE19鏡面磁芯翻出來幾個,骨架四個,膠帶若干,工具都搬出來搞。

古董繞線機,夾具自己湊合的,一切都自力更生。

把古老的文物級別計數器調零,開始繞。

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08-04 20:18

繞多少圈不清楚,于是先繞三十圈測試電感量,計算出每匝電感,再計算出達到20mH大約需要100匝。

用0.27mm的漆包線繞了100的時候感覺還有空,又多繞了10匝,感覺差不多滿了,就收線。

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08-04 20:22

顯示110匝,以后的幾個線圈也都這么繞了。

隨便亂繞的,因為電流很小,幾乎不可能造成線圈松動形成的50赫茲嗡嗡聲,所以亂繞也不會影響啥。

四小只繞好,沒有浸漆,磁芯是松動的,就用膠帶綁住,省的動彈。

實際測量每只均在27---29mH電感量,滿意!準備裝上測試。

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08-04 20:25

焊好電源、X電容、共模電感、保險絲、接線柱、NTC、LED,幾分鐘就完事。

用接線柱是方便測試,避免焊上電線以后,不方便收納,一圈線挺麻煩的。

隨便找了根古董電源線,測試下功率先。燈都亮,證明四只都OK的。

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08-05 10:30
@tanb006
[圖片]焊好電源、X電容、共模電感、保險絲、接線柱、NTC、LED,幾分鐘就完事。[圖片]用接線柱是方便測試,避免焊上電線以后,不方便收納,一圈線挺麻煩的。[圖片]隨便找了根古董電源線,測試下功率先。燈都亮,證明四只都OK的。

接下來測試一下功率和效率。

四只在一起時候的功率,平均每只只有0.22瓦功耗,很理想了。

空載電壓很準呢,誤差小于0.5%。。。。。。。很驚訝這個精準程度。

滿負荷測一個,功率24*0.672=16.128瓦。

功率計顯示19.6瓦,需要減去其他三只的待機功耗0.66瓦,約為18.94瓦。

效率為16.128/18.94=85.15%

這個效率對這個體積的模塊電源來說,中規中矩的。

接下來看看模塊的波形。

模塊沒有開蓋測試,用探頭X1檔位,位于模塊正上方,挨著外殼感應到的波形,所以幅度只能看個大概,不要理會。

這里就看它的頻率,與描述的65K差不多,67K頻率。占空比也很小,看來只有在110V輸入的時候才會達到最大占空比。

看它上升下降沿的時間:上升時間是nS,就是說MOS的關斷速度是非常快的。但是尖峰并沒有過沖。

這說明它的變壓器漏感控制非常好,吸收電路也非常給力。

下降時間為7.5uS,很明顯有比較大的MOS驅動電阻,可以顯著降低瞬間打開的大電流電壓引起的雜波和震蕩。

再看看空載的波形,這時候頻率是841赫茲,屬于間歇工作,每次工作只有三個波。這個環路控制很精準。

如果是普通環路,不會準確到每次開的都是三個波,而是或三個,或四個,或兩個。

可能是前級芯片自身的功能。

放大看看這波,看時間,基本上40uS一個波,換算下是25K的頻率,示波器顯示的頻率是檢測到震蕩了,那個頻率忽略。

待會再測試一下各個模塊之間的耐壓,只要能達到輸出對輸出之間1500VDC耐壓就OK。

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08-05 11:08
@tanb006
[圖片]焊好電源、X電容、共模電感、保險絲、接線柱、NTC、LED,幾分鐘就完事。[圖片]用接線柱是方便測試,避免焊上電線以后,不方便收納,一圈線挺麻煩的。[圖片]隨便找了根古董電源線,測試下功率先。燈都亮,證明四只都OK的。

打開吃灰的高壓測試設備,直接測兩個模塊之間的耐壓,從0.5KV起步,調整好參數,按綠色鍵。

三次測試都OK。一丁點漏電流都沒有,滿足設計要求。

這個DC-DC模塊也算是物有所值!

與之前的方案相比,之前是一個PQ3230變壓器,各個繞組間的絕緣雖然在線圈上可以做到耐壓滿足,

但是,在各路電壓精度、電流精度、功率、互相影響、引腳數量不夠需要飛線,這些弊端是完全避免了。

接下來預告后面的電路:

三相SPWM輸出功率級測試板

驅動使用六顆UCC23313,低端并沒有省略驅動電路,目的是為了高端與低端有同樣的速度。

在普通的設計中,低端往往沒有與高端一樣使用同樣的隔離驅動,這就造成低端的速度比高端提前一點點。

由于隔離驅動芯片有個時間延遲,這個BUG不能忽略掉,所以不顧成本壓力,依然用五塊錢一顆的驅動芯片來保證各路驅動的一致性。

測試版每一路輸出的電流限制在40毫安,也就是每一路15瓦的功耗,三路45瓦,使用50瓦功率的隔離變壓器是剛好夠用。

今天準備繞三個電感。用黑色磁環外徑33mm的磁環,繞2mH就夠了。

輸出后面的電容多畫了一些,方便測試的時候并聯,也可以安裝假負載電阻,以優化輸出波形。

MCU輸出SPWM三路波形測試板

那啥商城打樣的10*10厘米單片機測試版,自己畫的四層板,目的是為了讓各個輸出IO口順序一致。

強迫癥重度了,芯片用STC8H8K64U,計劃輸出20K左右的SPWM載波,目前用30M頻率在實驗板跑了一組SPWM波形,頻率能達到24K,估計三組一起跑,就沒這個速度了。因此預計要上40M左右頻率才能滿足20K的SPWM頻率。

后續將陸續更新進展。

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08-28 17:27

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