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HyperZ 发布于2018-06-24 12:33
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QCWDRSSTC:驱动设计与实现

楼层直达
我只是提供一种设计的思路和流程,不是唯一的实现方法。如果你有什么好的建议,请留言给我,谢谢。
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HyperZ 发布于2018-06-24 12:41
沙发F
关于QCW的原理,就不必多说了。简单来讲就是全桥的供电电压从一个比较低的值(比如20V),按照一定的斜率,线性上升至一个比较高的值(比如350V),就会产生长而直的电弧。一般来说,这个上升的时间是5-30ms,由灭弧来控制,当灭弧使能,电路工作,母线电压就开始线性上升。灭弧下降沿时,强制把母线电压拉低,等待下一个工作周期。
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HyperZ 发布于2018-06-24 13:17
板凳F
为了实现这些功能,我们需要在电源输入全桥之前,中间加一个BUCK电路。有关原理也不详细讲了。注意,这个BUCK电路不是BUCK稳压电路,准确来说应该叫BUCK调压电路,将输入PWM信号占空比,转化为输出的电压。这里有一个数学关系:Vo=Vi * D(输出电压等于输入电压*占空比)。所以,想让输出电压按照一定斜率上升,关键是要设计出一个PWM发生电路,其占空比按照恒定速率增加。有了设计目标,下一步就是开始设计电路了。
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HyperZ 发布于2018-06-24 13:29
地板F
一开始我想到了两种方案:

1.使用单片机的PWM和定时器功能,直接从IO口输出符合要求的驱动PWM信号及灭弧信号,分别输入到DRSSTC驱动板和BUCK IGBT驱动器。

2.纯模拟电路,将灭弧信号用运放积分产生斜坡信号,通过PWM芯片(TL494)调制,通过驱动器驱动BUCK IGBT。

最终我决定后者,原因有两个:


1)单片机对于没有编程基础的爱好者门槛太高,并且程序的设计非常耗时。

2)单片机输出两路信号(灭弧和PWM),需要通过两条光纤分别传输到两块电路板上,增加了成本。如果采用方案2,可以将灭弧和PWM电路分开,将PWM部分直接集成到DRSSTC驱动上,这样只需要一条光纤即可完成信号的传输。
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HyperZ 发布于2018-06-24 14:47
4楼F
那么开始设计:

首先,需要把灭弧信号转换成同步的锯齿波。这里我使用同相积分器



根据运放的相关知识可得
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HyperZ 发布于2018-06-25 17:34
5楼F
如果从Vi端输入灭弧信号,在Vo端即可得到一个“楼梯形”信号,如图。输出的最大值取决于运放和供电电压,当达到最大值后,输出电压不再增加。
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HyperZ 发布于2018-06-25 17:47
6楼F
很明显,这并不是我们需要的波形。我们希望Vi进入低电平时,Vo也可以被拉低,形成一个锯齿波信号。为此可以在电容两端并联一个PNP管,由输入信号控制。当输入信号低电平时,给电容放电,这样我们就得到了锯齿波。


下面为电路和Proteus仿真结果
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HyperZ 发布于2018-06-25 18:01
7楼F
由于三极管压降的存在,放电时电容两端的电压并不能降为0,大约在0.6v左右,表现在输出端就是锯齿波上叠加了一个1.2v的电压。为了抵消这个电压,可以在输出端串联两个压降0.6v左右二极管。


接下来一级电压跟随器做缓冲,电位器调整输出幅值,通过一个加法器,和一个直流信号经过加法器相加(为了调整最低占空比,如果无需要可以省去,直接将信号输入到PWM芯片)。最后再次通过电位器调整幅值,得到PWM所需的调制信号。
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HyperZ 发布于2018-06-25 18:25
8楼F
PWM部分,芯片采喜闻乐见的TL494,其内部框图如下


由于不需要使用内部的两个误差放大器,我将其屏蔽。具体做法是把其反相输入端接参考电压VREF,同相输入端接GND,确保其输出为低电平。


调制信号从3脚输入,经过内部的比较器与振荡器产生的三角波波比较得到PWM信号,通过内置的三极管输出。这里需注意输出的极性。采用集电极上拉和发射极跟随器输出的极性相反,一定不能弄错,否则输出波形是输入信号的反相。


4脚为死区时间控制,由于没有需要所以将其接地。


5,6脚为震荡电容/电阻端,决定PWM的频率 f=1.1/RC。出于降低BUCK开关管压力的考虑,最好不要将频率设置的太高,推荐20-30kHz。我使用2k电阻和22n电容将频率设置在25k


13脚为输出控制,接地时两个内部管子同时导通关断。接VREF时交替导通关断。


14脚为参考电压输出,其值为5V


我直接使用芯片内部的管子驱动隔离光耦。光耦可以使用TLP250或者FOD3184,用于驱动FDD8424,
再驱动IGBT模块。如果你使用结电容不大的管子,甚至可以不要FDD8424,直接使用驱动光耦驱动功率管,不过需注意信号的极性。
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HyperZ 发布于2018-06-25 18:47
9楼F
这是实际测试的电路和波形。
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七千八百二十一 发布于2018-06-25 20:17
10楼F
感觉斜率选择那那堆电容太鬼畜了,那块电路改一下比较好
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HyperZ 发布于2018-06-25 21:35
11楼F
七千八百二十一:感觉斜率选择那那堆电容太鬼畜了,那块电路改一下比较好回到原帖
改成电阻可调?
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HyperZ 发布于2018-06-29 21:35
12楼F
经过电路搭建测试和仿真,我对该电路进行了改进,如图


1.斜率选择由电容组改成电位器调节,降低成本。


2.降低了积分电容的容量,增大积分电阻,改善了低脉宽下的波形。


3.增加斜率倍增开关,用于提高低脉宽下的积分速率
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科学狂人2046 发布于2018-07-02 23:37
13楼F
说了那末多还是三角波电路的设计,一个icl8038解决一切
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黑暗死宅男 发布于2018-07-03 07:47
14楼F
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黑暗死宅男 发布于2018-07-03 07:51
15楼F
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黑暗死宅男 发布于2018-07-03 07:52
16楼F
没人要而已
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黑暗死宅男 发布于2018-07-03 07:52
17楼F
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