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电路设计中记录电源研发笔记_电压_电流

乖囧猫 2025-01-14 06:00:05 0

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最近打仗到一个软件,印象条记,觉得很好,一鼓作气把自己零散记录的事情条记作了整理,还是没有恒心,事情条记也是做得断断续续的,其间碰着的很多问题都已经不大记得怎么办理的。

先容一下自己,985学校硕士毕业的工科女生,在学校学的弱电,却在一个涉及电力电子的单位事情,事情两年半,一贯是环绕一个项目打转,在公司的第一年便是做些线路板方面的测试等,相称于一个熟习的过程吧。

电路设计中记录电源研发笔记_电压_电流 通讯

第二年开始接手一个10kW Boost的项目,说接手是由于这个项目交给我的时候实在是有一个实体的,便是说拓扑、器件、乃至掌握方法都是已有的,但是便是除了事理图外没有任何技能文档,而我那个时候对开关电源是没有丝毫观点的,公司也没有人能够详细的辅导我,领导们都是从意识层面进行辅导的。

这个项目从没有任何观点到摸索搞明白然后完成型式测试大概用了半年靠近一年的样子,当然由于型式测试有些项目韶光是很长的,今年下半年一贯在处理产品从研发阶段莅临盆阶段中碰着的各种奇葩问题,也是由于今年没有什么新项目。

说到这个实在也很心伤的,电力电子产品基本都是体积超大、重量超重的那种,而我们是小公司,纵然是电力电子研发工程师也是哀求搬运、拆卸啥的都得能干,我体重才不到一百斤,纵然想做也是不可能做的,而我的直接领导也很头疼这件事儿,究竟安排什么样的项目给我才得当,这个10kW boost在我们公司算是小功率产品,体积重量也都还好,而恰好今年推的大产品要用到这个boost,才作为一个项目给我做,以是说作为一个工科女生,在一个电力电子方向的小公司做硬件研发工程师,我实在非常担忧自己的出息,由于管理上的混乱以及培训制度的不健全,我做开关电源的发展之路也非常缓慢,当然这也跟个人性情有莫大的关联,我干事非常负责谨慎但并不特殊刻苦,由于以为不好好享受生活的话总有一天回顾会创造韶光都去哪儿了呢。

再大略先容一下这个10kW Boost,便是教科书上最大略的那种升压拓扑,不过是用的三组并联器件来增大功率,不是板级电源。

组装原版boost,准备测其电气性能,理解一下其究竟是若何事情的。
(此时,我也看了开关电源的入门先容,但是所有开关电源的先容都是对稳态事情情形的先容,还是很难形象地理解boost究竟是若何事情的,比如我实在首先关心的是它是若何启动的,而不是它的稳态波形是若何的)

查看同事以前测的波形,始终参不透电感电流的奥秘,不雅观其均匀值确是三组电感的总电流。
不过不雅观其最大值与最小值之差(纹波电流)对应的电感L值又与实际的L值无法对应,以是无从得知到底测的是哪个电流,故需亲自测过。

以前也曾把boost的电源板和掌握板拆下来过,现在装回去时创造不知如何装了,h总批评我怎么没拍张照片,这确实是个不该犯的错,错在自大,自觉只拆下两块板子,没什么繁芜的,一定能装上去。
造成现在组装的麻烦,万事都需慎重。
测试boost需供电系统、负载。

供电方案:

1. 蓄电池

2. 超级电容充放电掌握箱

目前问题:

1. 采取蓄电池,需在蓄电池与boost间接一开关掌握,否则在蓄电池带电状态直接连接有一定的不屈安性。
连接完成->系统上电事情,这样的顺序才是安全合理的,但是却找不到能承受如此大电流的开关,选用不合标准的开关只能做轻载实验。

2. 超级电容充放电掌握箱因此前用于boost测试的,本来用它为boost供电是最得当的,但是现在由于时隔多月,该掌握箱已经被拆得面孔全非,复原该当没什么问题,只是其内的触摸屏和PLC是须要程序的,而体例职员已不在本公司,公司又没有做好干系的存档,搞得很麻烦。
以是,不管是成功投入市场还是中途终止,失落败的项目都该当做好存档。
以防往后重新要用到的时候无法探求。

最近有些懈怠,干事碰着点问题就打不起精神,由于找不到方向,或者意义吧,有些茫然。
溘然想通了,总不能由于现存的一些问题搭上自己的人生吧,人生是自己的,而现状无法改变,我想我只能改变自己的方法去做自己要做的,而不是纠结于为什么这样为什么那样。
看了一篇文章,仿照电路设计的九个级别,创造自己才处于三段,虽然我不做仿照电路设计,但级别该当类似,没有成功的设计履历,对仿真器也是只会用而不闇练,前路漫漫。

触摸屏的程序要过来了,下载成功,西门子PLC S7-200程序还在里面无需重新下载,实验箱也安装好,找了个电容管理板跟新做的一批略有不同,即PT100测温输入功能基本无效,这个是测环境温度的,做boost实验时该当也不是很必要。

实验完成后,应做个文件归档和软硬件解释文件、操作方法。

来日诰日准备充电、实验,测boost的波形,希望统统顺利!

做了空载和120Ω负载波形,不过看波形有点怪,空载运行时三个电感电流有负值,理论上该当是零,不知是探头操作问题,还是系统的动态特性如此,而120Ω负载时,电流有包络谱振荡,boost噪音很大。
母线电压、IGBT的CE电压也有大尖峰值,why? 来日诰日换几个测点测试看看。

用录波仪代替示波器测试:空载、100Ω、45Ω负载,噪音很大,尖峰值也很大(带负载时),空载时,无尖峰电压,不过电流仍旧不知为何是负值,换了一个罗氏线圈测电流,征象依旧,理论boost的电感是不可能流过负的电流值的,why?

关于测出的电感电流为负值的缘故原由:不能用罗氏线圈测这种永劫光的DC电流,罗氏线圈会饱和,由于罗氏线圈采取Current Transform技能,只能测短时电流,尤其在测试脉冲电流时比较有上风,比如用于IGBT的双脉冲测试指定利用罗氏线圈,正是由于罗氏线圈高频相应做得比较好,而直流电流应选择基于霍尔事理的电流探头进行测试。

测了几组波形,包括30Ω负载,输出电压都不足空想,涌如今开关器件开通关断瞬间的高频尖峰值都很大,偏离直流值约200V旁边。

测了几次,掌握板开始报故障,把掌握板拆下来测试没有问题,创造是为掌握板供电的电源板出问题了,电源板是基于反激拓扑的开关电源,输出的+15V、-9V呈现规律性颠簸,犹如打嗝一样,拆下来测了两天,测了每个关键点的波形,该当便是论坛上所谈论过的打嗝保护,可是便是一头雾水,不知缘故原由何在,该当说电路是成熟的,做了那么多实验了,以是该当是有元器件破坏才造成这样的打嗝保护,连续找!

PS:后来测试过程中把MOS开关管和电流采样电阻都弄坏了,都换掉了并且换了UC2842芯片,板子正常事情了,但是至今也不知是什么缘故原由造成的。
创造开关电源的调试中常常涌现一类问题,即知道故障源在哪边,换掉就OK了,但是却无法定位故障缘故原由。

在h总的建议下,用+16V电源直接加到UC2842的Vcc处,UC2842起来了,输出却基本是高电平,偶尔会有一个低落脉冲,确定不了是什么问题,把+48V电压也加上去了,一阵火光,电流采样电阻烧掉了,实在该当想到电阻会烧,UC2842的脉冲输出管脚保持高电平即MOSFET处于常开状态,此时加上的48V电压便是加在0.22Ω的采样电阻两端,这么小的电阻自然会烧掉的。

电流很大,导致Mosfet也破坏了,栅极和漏极短路,UC2842也完备不正常,本日一天就在维修这块满目疮痍的电源板,拆掉原来的直插UC2842,由于公司只有贴片的UC2842,只好用导线将之焊接相连,拆换Mosfet,Mosfet还是ls帮忙拆下来的,我畏首畏尾拆了半天,又担心把板子烫坏了,一贯也没拆下来,大概正是由于如此,才效率如此低。

现在对开关电源真的是一头雾水,原来那么多不明白。

电子元器件供应商承诺上严密到的DIP-8 UC2842芯片本日还未到,打电话咨询,得知芯片还未发出。
下午,为了确保他会按时发货,我再次打电话咨询,得知货还未发出,虽然他说晚高下班前发货是一样的,但我明显已不信赖他的话,有点火,他也给出了几个阐明。
是的,每一件事情的存在,都可以有非常合理的情由。
但是,我朝气的是他没有按他所承诺的去做,我介意的不是韶光是非,而是他应如实地见告我,而不是事后貌似如实的阐明,我表达了这个意思,可能有点弗成一世了,同事说像领导训话,反思了一下,我的表达可能是过于尖锐,若何做才能表达清楚自己的意思而又不让人以为尖锐难接管呢?

\"大众我明白你的考虑,我也不是非要在短韶光内XX,只是希望开始的时候能够明确地知道到达的韶光,你懂我的意思吗?\"大众 是不是该当这么说呢?大概该当表达得谦卑一点,真的不是要刻意难堪。

转正答辩时有几个问题回答地不到位,虽然只是走个过场。

问题1:“那你认为改版是成功的还是失落败的?”

我非常直接地回答了,是失落败的,这大概真的是大忌,该当这样回答:“它是可以运用的,但相对来说,性能不足空想,也会增大临界情形时的风险。

问题2:“变换器事情频率的选择,为什么是10kHz,能不能大或者小?”

回答的时候,我只知道频率太高的话,系统损耗过大,而且IGBT有上限频率的限定,无法做到太高的频率,却没想过频率太小会若何,实在切到前面电感参数选择原则看到纹波系数才想到讲频率越小,纹波系数越大。
刚才看书《精通开关电源设计》P12的一句话可以阐明频率的问题,下面不做全部段落的摘抄,只写了却论:频率太高为什么不好?损耗险些与开关频率成比例增加,频率太高会导致严重的电磁滋扰征象。
人们为什么又追求高频率?使变换器事情在超过人耳听觉范围的频率,电抗器不至于发出影响人的噪音,能够最大程度减少电源中器件的体积,增强电源的环路相应。

连续,想测的波形大概都测完了,勉强可作我打算和仿真的参考,接下来的一周围绕干系项目要用的几种电路板进行的,做了每种板子的接口图交给电气部以便于他们绘制电气图、做清单,其余将电路板的测试文件、三防漆喷涂规范等干系文件定稿交给生产部,同时辅导他们进行前期测试。
boost掌握板、电源板、电容并联板、超级电容管理板、二极管板共五块板子,想起来,还真的花了不少韶光整理干系的文件。

如果,花的韶光真的有所值得也就罢了,事实是摧残浪费蹂躏了很多韶光。
首先是boost掌握板,一共9块,测试测了也至少有三次,第一次纯粹是练手,是为了完成测试报告的体例,还是刚来公司那会h总安排的这个事情。

后来今年说要推这个项目,我又拿出来测了一遍,创造有部分板子上的UC2842无法启动,觉得该当是启动电路上的稳压管有问题,不过也不愿定,隔了几天又规复正常了,也就没有连续查下去,然后又想要老化,以是老化完又要重新测试,其间对掌握板各个细节都测过了(PS:后来实在又测过好几次,事实证明,测得还不足细致和深入,以及没有做好详细的测试记录事情),觉得影象不太够用了,板子上的参数总是算了好几遍,要用时又忘却。
然后是与生产部的交卸文件,整理了好几次,当然也是由于我对板子的前因后果节制得原来就不清楚,说到这个交卸事情,及其痛楚,每次与XX交涉都觉得要被逼去世似的,彷佛测试电路板不是他们的事情,而是我有求于他们似的。
很早之前就专门整理好文件要交给他们,他们由于公司没有将该项目提到日程上就不明晰之,之后,开始提这件事,又开始说韶光不足之类的话。
看来公司真的是统统都主导研发。
目前,生产越来越强势。

好吧,回到boost,上周申报请示事情被w总教诲加批评了两个小时,我开始负责剖析boost的主电路通报函数,溘然明白自己之前做的统统都像不求甚解,结果搞得堵住了,咽不下去也吐不出来。
以前只关注电流闭环的等效传函,也根本不明白为什么要加反馈补偿,通过用Mathcad画出boost主电路通报函数的波特图,那些公式终于不再只是公式了,对我而言,书上的推论和公式都是对空想boost建立的。
我把电感直流电阻和电容的ESR都加进去,推出了比较靠近真实的通报函数,提及来算了两天的韶光呢。
算得脑筋里全是那个分数式子,把波特图导进去后,才创造这些杂散参数的意义,实在改进了通报函数的性能,而不是泛泛而谈的有害。
当然太大肯定是无益的,电感直流电阻太大会分掉电感上的电压,这样在保持Vo不变的条件下只有增大占空比,而我们目前的运用下占空比实在已经很高了。
电容的ESR太大,输出电压的纹波会相应增大,由于在开关关断时,电容会通过一个大电流,Vo的纹波就与ESR直接干系,同时电容的损耗和寿命都与此干系。

总结来说,电感的直流电阻和电容的ESR改变了Gvd Gvg等通报函数的零极点特性,改变了品质因数Q值,这个值对通报函数非常主要。

DIP8 UC2842昨日下午到的,焊到电源板上,重新装到Boost上进行测试。

空载测试,分别用两个隔离差分探头测输入电压ES和输出电压DC,霍尔电流探头测一起电感电流:100:1 200:1 10mV/A ,测得的输入电压ES不太正常,在Boost启动时,存在大幅度振荡,换了10:1的Yokogawa原装普通探头测ES,其他不变,测得的ES波形在启动时虽有振荡,不过幅度不大,在安全范围内。
看来选择探头也是一件很主要的事情,已经有两次是由于选择了不恰当的探头而造成问题。
可是探头的选择到底该当考虑哪些成分呢,难道只能吃一堑长一智?

本日测了120Ω负载,40Ω负载的波形,其间发生点意外,把一个100Ω/2000W的电阻烧断了,有明显火花,缘故原由是放置电阻的时候将两个电阻挨在一起放置了,导致其线圈打仗而短路,原来这样的大功率波纹电阻外部是没有绝缘保护的,其线圈都是直接袒露的,表面只是刷了一层薄薄的漆,不清楚是否是绝缘漆,从而易于散热。
不过测40Ω的电阻时,用的两个2000W/20Ω的电阻,实际在电路中的功率为(500/40)^220=3000W,大概由于这样,波形后半段有点振荡。

重载时,由超级电容供应的48V电压会受到电流的明显影响,30Ω负载时,输入电压基本就在43V高下颠簸。

而中间负载时,电流会呈现比较明显的包络谱。

PS:现在才明白电流呈现的包络谱实在便是boost的低频振荡,后来根据现有系统推导出来的开环通报函数实在真的并不知足稳定性哀求,后来通过减小输出电压反馈补偿环路的直流增益来改进了,实在便是捐躯了调节精度来得到稳定性。
不过那时候搞不清楚,还称其为包络谱,稚子。
还以为好奇怪,为什么满载的时候没有这个征象呢?稚子!

1. 关于探头:

700924为YOKOGAWA的100MHz带宽+/-1400V范围的有源差分隔离电压探头,变比分为两档:1000:1 & 100:1;

LDP-2002探头为25MHz带宽+/-1400V范围的有源差分隔离电压探头,变比分为两档:200:1 & 20:1;

从文件夹中的0005.wdf可以看出700924的优胜性,LDP-2002测到的高频尖峰电压呈阶梯状,明显是采样率不足,其余用LDP-2002与700924测同一点波形,LDP-2002测得的尖峰比700924测得的延迟350ns(PS:后来创造是我利用的那台录波仪DL850的CH1、CH2输入模块是100MHz带宽模块,其他输入模块均只为1MHz模块,而我测试时700924探头一样平常是接入CH1,而LDP-2002接入CH3或者CH4,以是此处测得波形的差异实际上并不敷以解释探头的利害)

2. 关于以前的误解

以前测得的波形均为10ms/div,测的韶光很短,以是以为Boost的输出电压和电感电流是持续存在低频振荡的,这段韶光录波仪的韶光轴设为100ms/div测试了30Ω负载,创造这种低频振荡实际上是衰减的,48V输入电压 & 30Ω负载条件下 振荡大概约150ms后,电感波形和输出电压就基本没有明显的低频振荡了。

3. 关于输出电压的高频尖峰电压太大

IGBT关断时的尖峰电压是由于主电路的杂散电感造成的,会由升压二极管通报到输出端,比输出电压直流值高150~200V旁边(负载最重时即30Ω负载),随负载减轻而变小。

IGBT开通,二极管关断时的输出电压呈现一个衰减振荡,最初是个向下的高频尖峰,紧接着是一个向上的尖峰,值很大,+/-200V旁边,但是这个振荡只涌如今输出电压而并未涌如今IGBT的集电极,实际上,这个低落的尖峰与IGBT开通时低落的集电极电压保持相等,以是现在疑惑是二极管的关断韶光和反向规复电流、电压造成的这一征象。

写到这里,基本就告一段落了,这边便是一个开关电源白痴面对一个10kW boost 48v-480v直流升压器,通过一系列白痴级别的测试去理解boost的运作模式的,基本算是明白了书上讲的那些东西。

入门比较痛楚,但是由于韶光不紧张,我也可以逐步做,后面一段韶光便是比较艰巨的事情了,若何在现有的根本上把性能调好,然后是一个全面的型式测试,常常晚上一个人在空荡荡的厂房调试,只有保安偶尔过来跟我聊谈天,但是我做实验的时候不大敢谈天,怕自己操作错,事实上我真的有一次由于跟人谈天把正负极接反了直接导致线路板烧掉了,此后我就再也不在做实验的时候与人讲话了。
做型式测试过程中碰着很多奇葩问题,乃至我都不晓得该当怎么描述出来,末了的办理办法也都是治标不治本的办法。

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