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【討論】探尋影響正弦波逆變器可靠性問題

在此版中,有一大批高手如:xzszrslaoshou_2005、正弦芯做出了非常多的正弦波逆變器,做的非常漂亮、有如藝術品的味道,在這些高手的影響下,該版涌現出了一批又一批為做正弦機器前仆后繼的愛好者和專業人員。本人也是其中之一,無奈技術水平怎么樣都無法匹及這些前輩們。

做過很多正弦波機器,發現一個在實際中非常難以解決的工程問題,就是本文要討論的這個話題:正弦波逆變器的可靠性問題。

大家知道,正弦波逆變器這種電源,要應對的負載是相當復雜,這個復雜程度已經遠遠超過了現有的一般情況下的開關電源類產品。比如負載情況是一個感性負載,或是容性負載,正弦波逆變器在這個功率范圍內要能夠給這些負載提供可靠的啟動和運轉電能,這就給我們設計正弦波逆變器帶來了相當高的挑戰。

比如,一個1000W的正弦波逆變器,一個1000W太陽燈,這個逆變器要帶動這個1000W的太陽燈,大家知道,1000W太陽燈冷態電阻非常低,只有3-5歐姆。這么小的負載阻抗,從逆變器輸出220V,這個時候的沖擊功率可想而知!如果逆變器為高頻方式的DC-ACTOP,內部的功率器件要留有非常大的余量空間,才不至于在這種沖擊下,很快失效。但是這樣的做法通常是不合適的,因為高壓MOS電流大一點,價格成倍的上升,在做產品并不合適。而且就算是能大容量的功率元件,在這種電流沖擊下,也難保萬無一失。

 

如果有一種辦法,可以解決這個問題,那將是大大加強了機器的可靠性。逆變器只有通過苛刻的測試,才能在客戶手中放心使用,特別是光伏上應用的產品,對可靠性要求更高。

歡迎大家繼續補充機器的失效機制,以及在此失效情況下可能發生的故障。因為只有深層次的了解了失效機制,才有可能對于這些問題做好工程設計,才能提高機器的可靠性。

 

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2010-12-14 17:38
沙發 沙發!~
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fly
LV.9
3
2010-12-14 17:44

認真聽講

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2010-12-14 17:54

幫你頂一個,期待高人來講解

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lab2010
LV.4
5
2010-12-14 17:55
題目不錯,頂起來,別沉了!
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2010-12-14 17:55
@心中有冰
幫你頂一個,期待高人來講解
天哪,冰版大人出現了,冰版過來也給我們上上課啊,就這樣一句太不夠啦!呵呵!
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2010-12-14 19:49
@lizlk
天哪,冰版大人出現了,冰版過來也給我們上上課啊,就這樣一句太不夠啦!呵呵!

兄弟客氣了,逆變器我是門外漢,連小學生都不如,進來聽課!

你這這個方面的行家,向你學習.

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qghqgh
LV.6
8
2010-12-14 20:06
@lab2010
題目不錯,頂起來,別沉了!

個人潛水很久了,也發表一下自已的看法,首要的一點是保證在大電流時布線一定要沒有干擾到驅動信號,其次還是驅動,后級可以用IGBT單管,電壓一般600V的也有幾十安的管子,我曾用過英飛凌的.單管最高有83A.價格也才二十幾塊錢.其次在接收到錯誤信號時是否可以采用慢降柵壓技術來控制故障電流的下降速率,這樣對功率器件保護可能更好.

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qghqgh
LV.6
9
2010-12-14 20:14
@qghqgh
個人潛水很久了,也發表一下自已的看法,首要的一點是保證在大電流時布線一定要沒有干擾到驅動信號,其次還是驅動,后級可以用IGBT單管,電壓一般600V的也有幾十安的管子,我曾用過英飛凌的.單管最高有83A.價格也才二十幾塊錢.其次在接收到錯誤信號時是否可以采用慢降柵壓技術來控制故障電流的下降速率,這樣對功率器件保護可能更好.
我見過一些德國的產品上驅動并不是用光耦或者是專用ic來做的,而是一些小變壓器,是否可以有高手講一下變壓器具體的設計方面的要點呢?
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2010-12-14 20:24

師傅啊,這個話題開得不錯,逆變器要做到耐得住沖擊又不掛,就OK了。

    我的1000W機子,用的是帶抑流方式的過載保護電路,遇到沖擊時,先限止H橋的電流,這樣啟動沖擊性負載就好很多,1000W的機子,可以輕易啟動1000W的冷燈管,還啟動過我的一臺960W的臺鉆,一個大功率的電磨,我的一位朋友還把一臺空氣壓縮機接上去,保險絲燒了,但H橋的管子沒有燒。但這個電路,在真正短路時的可靠性不高,真正短路時,也有幾次要掛的。

    我的2400W機子,用的是常規的保護電路,但啟動不了1000W的冷燈管,一接上去,保護電路就動作了。

    所以,我想,要對我的1000W的保護電路進行完善,讓它短路時不掛,這是我明年要做的工作,哈哈。

 

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2010-12-14 20:40
@qghqgh
我見過一些德國的產品上驅動并不是用光耦或者是專用ic來做的,而是一些小變壓器,是否可以有高手講一下變壓器具體的設計方面的要點呢?

你說得有理,用變壓器驅動,是最簡單的,不要用隔離電源,變壓器本身可以隔離,如果H橋也用變壓器來驅動,不知道要簡單多少,什么250啊2110啊,全部靠邊了。

但現在變壓器驅動有一個問題----驅動波形做不好,如果要把波形做好了,輔助電路就不簡單了。所以我想,能不能有機會拆一個老外的驅動變壓器,看看他們倒底有些什么技巧?

 

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2010-12-15 08:50

        來晚了,在座的都是高手,牛人,也發表一點拙見。我覺得世界是矛盾的,人也是矛盾的,矛盾中同時又是和諧的統一.。在我們國家古代講究的是一種陰陽平衡,中庸之道。現在又倡導和諧社會,逆變器的保護也是如此啊。

       保護速度太快,逆變器是可靠了,但是會帶不起沖擊性負載。生活中的沖擊性負載無處不在啊,冰箱空調,電視電腦,就連個白熾燈泡都不是恒電流啟動的啊,只有電爐子對逆變器的沖擊比較小,但是又有多少人會用正弦波逆變器來燒電爐子呢?

        再說,就是我們把逆變器做成充電器那樣穩壓恒流的,就是超出了額定電流就處于限流狀態,按理說這種保護算是比較理想了,是否就百利而無一害呢?顯然不是的,逆變器極有可能還帶著其他的電器,要命的是不能斷電的,如電腦,或者是不能斷電后立即重啟的,如冰箱。這下問題就來了,逆變器本來是帶著不能斷電和不能斷電后立即重啟的負載的,你插上一個沖擊性負載后電流被限制,電壓拉低一段時間才回到正常,結果電腦死機了,冰箱起不動了。

        總結,在這些諸多的矛盾和不和諧的因素中我們需要追求一種折中,一種平衡,一種和諧。

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2010-12-15 08:55

首先感謝大家的來捧場!

我們最關心的是逆變器的負載能力問題,很多逆變器標稱功率是很大,可是卻帶不了一些常規的負載,比如一個1KW的機器,要帶動1KW的冷燈,逆變器做的好一點就保護了,如果保護不到位,就立即炸機??蛻裟迷谑掷镉锌赡軙f,哎,一個1kw的機器,連一個1kw的燈都帶不起,功率不夠啊。

這樣就牽涉了2個問題,第一個,是短路保護,第二個是。

短路保護如果太靈敏,碰到一些阻抗很小的負載,如上面說的1KW冷燈,短路保護會立即保護機器,關閉輸出,這樣可以做到不炸機,可是機器的功率卻沒有輸出來,這樣的機器是不行的。

抗瞬間沖擊性能,這一點和短路保護密切相關,如果改變短路保護的閥值,這樣可以改變沖擊性能,在一定的范圍內,可以做到短時間內不炸機,而且能夠經得起一定的沖擊,因為檢測保護電流變大了,這樣實際上以犧牲MOSFET/IGBT壽命來換取沖擊功率來做到,每次啟動這些負載,功率器件就要經過嚴重的電流沖擊,時間一久,機器必燒。

 

 

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2010-12-15 08:56
@心中有冰
兄弟客氣了,逆變器我是門外漢,連小學生都不如,進來聽課!你這這個方面的行家,向你學習.[圖片]
大家相互學習!
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2010-12-15 09:00
@qghqgh
個人潛水很久了,也發表一下自已的看法,首要的一點是保證在大電流時布線一定要沒有干擾到驅動信號,其次還是驅動,后級可以用IGBT單管,電壓一般600V的也有幾十安的管子,我曾用過英飛凌的.單管最高有83A.價格也才二十幾塊錢.其次在接收到錯誤信號時是否可以采用慢降柵壓技術來控制故障電流的下降速率,這樣對功率器件保護可能更好.
這是個好辦法,可靠的慢降柵壓技術是防止燒管的最好的辦法,尤其是IGBT,雖然電流電壓容量極高,可是非常脆弱,很輕微的一點故障就會炸管。IGBT單管逆變感覺太難搞了。
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2010-12-15 09:01
@lizlk
首先感謝大家的來捧場!我們最關心的是逆變器的負載能力問題,很多逆變器標稱功率是很大,可是卻帶不了一些常規的負載,比如一個1KW的機器,要帶動1KW的冷燈,逆變器做的好一點就保護了,如果保護不到位,就立即炸機。客戶拿在手里有可能會說,哎,一個1kw的機器,連一個1kw的燈都帶不起,功率不夠啊。這樣就牽涉了2個問題,第一個,是短路保護,第二個是。短路保護如果太靈敏,碰到一些阻抗很小的負載,如上面說的1KW冷燈,短路保護會立即保護機器,關閉輸出,這樣可以做到不炸機,可是機器的功率卻沒有輸出來,這樣的機器是不行的??顾查g沖擊性能,這一點和短路保護密切相關,如果改變短路保護的閥值,這樣可以改變沖擊性能,在一定的范圍內,可以做到短時間內不炸機,而且能夠經得起一定的沖擊,因為檢測保護電流變大了,這樣實際上以犧牲MOSFET/IGBT壽命來換取沖擊功率來做到,每次啟動這些負載,功率器件就要經過嚴重的電流沖擊,時間一久,機器必燒。  
我覺得最重要的一點就是要熟讀我們所用的功率器件的安全區域曲線,我們的過流保護最少做到3級保護,第一級為短路保護,第二三級為過流保護,每一級的在各自的時間段內的閾值都沒有超出安全區域也沒有留太大的余量。顯然我們一般做的兩級保護還是不夠的。
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2010-12-15 09:04
@蕭山老壽
你說得有理,用變壓器驅動,是最簡單的,不要用隔離電源,變壓器本身可以隔離,如果H橋也用變壓器來驅動,不知道要簡單多少,什么250啊2110啊,全部靠邊了。但現在變壓器驅動有一個問題----驅動波形做不好,如果要把波形做好了,輔助電路就不簡單了。所以我想,能不能有機會拆一個老外的驅動變壓器,看看他們倒底有些什么技巧? 
驅動變壓器直接驅動功率元件的我沒有見過國外的一些產品,我見過的都是變壓器隔離,變壓器的功能是傳遞驅動電源的能量,和驅動信號,次級測是通過電路解調出信號和驅動電源,使之2者分離,電路相當復雜,還是專用芯片,看了就算有電路都仿制不了,沒有深入研究了。
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2010-12-15 09:07
@xzszrs
我覺得最重要的一點就是要熟讀我們所用的功率器件的安全區域曲線,我們的過流保護最少做到3級保護,第一級為短路保護,第二三級為過流保護,每一級的在各自的時間段內的閾值都沒有超出安全區域也沒有留太大的余量。顯然我們一般做的兩級保護還是不夠的。
呵呵,看到鐘工的3級保護,想起了當時見到的一款ST的IGBT驅動芯片,忘記什么型號了,它的保護非常特別,就是您說的這種 級關閉,記得好像是二級關閉,和一般的慢降刪壓不同,但是同樣做短路/過流保護。
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2010-12-15 09:10
@lizlk
呵呵,看到鐘工的3級保護,想起了當時見到的一款ST的IGBT驅動芯片,忘記什么型號了,它的保護非常特別,就是您說的這種級關閉,記得好像是二級關閉,和一般的慢降刪壓不同,但是同樣做短路/過流保護。

我的三級保護就是秒級別的保護,毫秒級別的保護,微秒級別的保護。

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2010-12-15 09:11
@蕭山老壽
師傅啊,這個話題開得不錯,逆變器要做到耐得住沖擊又不掛,就OK了。   我的1000W機子,用的是帶抑流方式的過載保護電路,遇到沖擊時,先限止H橋的電流,這樣啟動沖擊性負載就好很多,1000W的機子,可以輕易啟動1000W的冷燈管,還啟動過我的一臺960W的臺鉆,一個大功率的電磨,我的一位朋友還把一臺空氣壓縮機接上去,保險絲燒了,但H橋的管子沒有燒。但這個電路,在真正短路時的可靠性不高,真正短路時,也有幾次要掛的。   我的2400W機子,用的是常規的保護電路,但啟動不了1000W的冷燈管,一接上去,保護電路就動作了。   所以,我想,要對我的1000W的保護電路進行完善,讓它短路時不掛,這是我明年要做的工作,哈哈。 

2400W機子,啟動不了1000W的冷燈管??

這種問題就是短路保護制約了功率輸出了,要做到能夠順利啟動燈管,還要短路保護工作可靠,還要不燒管,有很多工作要做啊,非常期待老壽先生明年完成這部分的工作,那將是一次技術突破。

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2010-12-15 09:18
@xzszrs
       來晚了,在座的都是高手,牛人,也發表一點拙見。我覺得世界是矛盾的,人也是矛盾的,矛盾中同時又是和諧的統一.。在我們國家古代講究的是一種陰陽平衡,中庸之道?,F在又倡導和諧社會,逆變器的保護也是如此啊。      保護速度太快,逆變器是可靠了,但是會帶不起沖擊性負載。生活中的沖擊性負載無處不在啊,冰箱空調,電視電腦,就連個白熾燈泡都不是恒電流啟動的啊,只有電爐子對逆變器的沖擊比較小,但是又有多少人會用正弦波逆變器來燒電爐子呢?       再說,就是我們把逆變器做成充電器那樣穩壓恒流的,就是超出了額定電流就處于限流狀態,按理說這種保護算是比較理想了,是否就百利而無一害呢?顯然不是的,逆變器極有可能還帶著其他的電器,要命的是不能斷電的,如電腦,或者是不能斷電后立即重啟的,如冰箱。這下問題就來了,逆變器本來是帶著不能斷電和不能斷電后立即重啟的負載的,你插上一個沖擊性負載后電流被限制,電壓拉低一段時間才回到正常,結果電腦死機了,冰箱起不動了。       總結,在這些諸多的矛盾和不和諧的因素中我們需要追求一種折中,一種平衡,一種和諧。

其實電爐子遠遠沒有太陽燈的沖擊功率大,在我進行的所有實驗中,太陽燈的沖擊是最大最大的,遠遠超過空調之類的感性負載??照{這種東西在一個交流周期就能過去,太陽燈,幾個周期都還是那樣。

做一般的通用型逆變器,要求我認為不會很高,如果碰到光伏應用,那種情況負雜多了,難怪現在行業內一做就是IPM,IGBT模塊之類的東西上去,模塊里面的芯片那么大比同樣大小容量的單管芯片大了3、4倍,考慮的就是負載的復雜性。

   我認為3KW以下完全可以用單管這樣來做,如果要把可靠性做到和IPM\模塊一樣高,就是樓上的高手們要花心思的啊。為這個問題,我試驗了好多好多,炸了好多管子啦,呵呵。

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qghqgh
LV.6
22
2010-12-15 09:31
@xzszrs
我的三級保護就是秒級別的保護,毫秒級別的保護,微秒級別的保護。
請教慢降柵壓技術目前都是利用單片機來處理實現的吧?有沒有用硬件實現的?
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2010-12-15 09:44
@qghqgh
請教慢降柵壓技術目前都是利用單片機來處理實現的吧?有沒有用硬件實現的?
單片機做不來這個技術的。
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2010-12-15 09:46
@qghqgh
請教慢降柵壓技術目前都是利用單片機來處理實現的吧?有沒有用硬件實現的?

不是的,IGBT慢降柵壓技術以硬件為主的。下面這個電路選自本人在第十四屆技術交流大會上的演講資料《逆變電源設計概要》

 

 

 

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2010-12-15 09:49
@xzszrs
不是的,IGBT慢降柵壓技術以硬件為主的。下面這個電路選自本人在第十四屆技術交流大會上的演講資料《逆變電源設計概要》 [圖片]  
鐘工發圖了,那就請鐘工以一個實際電路參數,配合一個實際的IGBT原件來給我們上課??!幫頂!
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qghqgh
LV.6
26
2010-12-15 10:06
@lizlk
鐘工發圖了,那就請鐘工以一個實際電路參數,配合一個實際的IGBT原件來給我們上課啊!幫頂!

雖然我也想,但不要將鐘工的軍,呵呵,可能人家也有難處。

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2010-12-15 10:09
@qghqgh
雖然我也想,但不要將鐘工的軍,呵呵,可能人家也有難處。
呵呵,那就等鐘工在不忙的時候,合適的時候,再公布!
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2010-12-15 11:05
@qghqgh
雖然我也想,但不要將鐘工的軍,呵呵,可能人家也有難處。

電路都發了,參數是要根據不同的IGBT調整的,只要理解了電路的原理就可以設計出適應任何IGBT的電路參數了,具體原理可以下載我的演講資料看下啊。

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2010-12-15 11:32
@xzszrs
電路都發了,參數是要根據不同的IGBT調整的,只要理解了電路的原理就可以設計出適應任何IGBT的電路參數了,具體原理可以下載我的演講資料看下啊。

上圖中電路正常工作時,ZD1的負端的電位因D2的導通而使ZD1不足以導通,Q1,截止;D1的負端為高電平所以Q3也截止。C1未充電,兩端的電位為0。IGBTQ3短路后退出飽和狀態,集電極電位迅速上升,D2由導通轉向截止。當驅動信號為高電平時,ZD1被擊穿,C2能夠使Q1的開通有一小段的延時,使得Q3導通時可以有一小段的下降時間,避免了正常工作時保護電路的誤保護。ZD1被擊穿后Q1由于C2的存在經過一段很短的時間后延時導通,C1開始通過R4,Q1充電,D1的負端電位開始下降,當D1的負端電位開始下降到D1Q3be結的壓降之和時Q3開始導通,Q2,Q4基極電位開始下降,Q3的柵極電壓也開始下降。當C1充電到ZD2的擊穿電壓時ZD2被擊穿,C1停止充電,降柵壓的過程也結束,柵極電壓被鉗位在一個固定的電平上。Q3的集電極電流也被降低到一個固定的水平上。

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2010-12-15 15:44
@xzszrs
上圖中電路正常工作時,ZD1的負端的電位因D2的導通而使ZD1不足以導通,Q1,截止;D1的負端為高電平所以Q3也截止。C1未充電,兩端的電位為0。IGBTQ3短路后退出飽和狀態,集電極電位迅速上升,D2由導通轉向截止。當驅動信號為高電平時,ZD1被擊穿,C2能夠使Q1的開通有一小段的延時,使得Q3導通時可以有一小段的下降時間,避免了正常工作時保護電路的誤保護。ZD1被擊穿后Q1由于C2的存在經過一段很短的時間后延時導通,C1開始通過R4,Q1充電,D1的負端電位開始下降,當D1的負端電位開始下降到D1與Q3be結的壓降之和時Q3開始導通,Q2,Q4基極電位開始下降,Q3的柵極電壓也開始下降。當C1充電到ZD2的擊穿電壓時ZD2被擊穿,C1停止充電,降柵壓的過程也結束,柵極電壓被鉗位在一個固定的電平上。Q3的集電極電流也被降低到一個固定的水平上。
精辟!頂了!
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35956911
LV.8
31
2010-12-15 17:05
@蕭山老壽
師傅啊,這個話題開得不錯,逆變器要做到耐得住沖擊又不掛,就OK了。   我的1000W機子,用的是帶抑流方式的過載保護電路,遇到沖擊時,先限止H橋的電流,這樣啟動沖擊性負載就好很多,1000W的機子,可以輕易啟動1000W的冷燈管,還啟動過我的一臺960W的臺鉆,一個大功率的電磨,我的一位朋友還把一臺空氣壓縮機接上去,保險絲燒了,但H橋的管子沒有燒。但這個電路,在真正短路時的可靠性不高,真正短路時,也有幾次要掛的。   我的2400W機子,用的是常規的保護電路,但啟動不了1000W的冷燈管,一接上去,保護電路就動作了。   所以,我想,要對我的1000W的保護電路進行完善,讓它短路時不掛,這是我明年要做的工作,哈哈。 
支持,我手頭有板還有你1000W的3套,需要時PM我,你那一套給回你!
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