SciTech-EECS-Circuits-Digital(数字电路): 全数字控制 AC-DC(开关电源) 或 DC-AC(逆变) 应用之: "DC-AC逆变器" 和 "2000A驱动板(正弦波+大功率IGBT)" + "逆变直流电焊机"

SciTech-EECS-Circuits-Digital(数字电路):

全数字控制的 AC-DC(开关电源) 或 DC-AC(逆变) 应用之: "DC-AC逆变器" 和 "逆变直流电焊机"

全数字控制的优点

用较为复杂的软件来实现:

1. 灵活的产品设计:
   
   通过“软件更新”可“灵活的改变与更新”产品; 升级ROM和Firmware就可升级。
2. 精简的硬件构成
   
   容易理解: TESLA的EV设计，将"燃油车复杂发动机和驱动控制"精简至兴起世界潮流.
3. "健壮而且高可靠"
   
   更精简的软硬件系统带来更少问题和更高的健壮与高可靠性质。
   
   以前用分立原件实现, 现在用成熟先进半导体工艺生产的MCU/FPGA/DSP/CPU实现.
4. 更好的功能、性能、用户体验与满意度
   
   MCU/FPGA/DSP、CPU/NPU 的性能越来越高，实现以前办不到的许多先进科学研究、算法和应用, 带给用户更顺畅的交互 和 更高的满意度。
5. 更易 “智能化”与“网络化”
6. 更低的成本
   
   当今MCU/FPGA/DSP能量管理, Vcc甚至到0.8/1.25V3.1V, 待机功率轻松做到μA(微安)级.
   
   TESLA 汽车轻松超原有"跑车级"的加速、安全、舒适度、交互、体验和满意度 。
   
   提高用户体验的同时，还通过BMS等电池和能量全面管理实现更高的能源效率;
   
   最直接的证据: 就是大多数人都买的起，用的起，还能赚到更多钱，生活更好。

实例: MCU驱动的 全数控逆变器

原帖: https://www.dianyuan.com/bbs/2778139.html

【 DigiKey DIY原创大赛】全数控逆变器

很荣幸可以参加DigiKey DIY原创大赛。下面简单介绍下我这次DIY的全数控逆变器。

最大的创新在于整个逆变器采用一颗32位芯片控制，整体简洁。成本较低。

用较为复杂的程序来达到灵活 较为精简的硬件构成。

具体细节如下：

1. DC12V转AC220V 数控正弦波逆变器
2. 用MCU(STM32G030)实现所有的信号产生、取样反馈调节 和控制/功能/交互逻辑。
3. 前级DC-DC部分: MCU产生信号, 控制推挽拓扑, 输出串联LC, 支持准谐振模式。
4. 后级DC-AC部分: MCU产生SPWM(正弦波+脉宽调制)信号，驱动全桥拓扑, 。
5. 支持"全面检测":输入电压，高压母线电压，输出AC电压，输出电流，系统温度。
   
   就能实现更高智能度: 闭环控制，风扇控制，过压欠压保护, PI调节稳压输出。
   
   大致机制是每毫秒计算下最近20ms内的输出电压均方根的有效值，
   
   然后通过标准的PID与给定的电压比较计算。输出SPMW的比例系数，
   
   来控制输出电压变化。构成一个闭环调节。
6. 支持软启动。拓展调频调压功能。支持 LCD液晶屏 显示系统参数。
7. 整体结构上采用 一片控制驱动板 + 功率板设计
   
   能做到隔离“控制系统”与“功率系统”,但设计为降低成本和精简, 前后未隔离。

https://www.dianyuan.com/bbs/2508930.html

2000A驱动板(正弦波+大功率IGBT)"

用MCU(PIC16F716)软件实现SPWM，控制这款2000A级IGBT模块的驱动板。

实际上是逆变器后级DC-AC部分，把前级高压直流转变成交流220V输出。

有幸用到到2000A大功率IGBT模块, 现在市场上拆机大功率的IGBT太多。

功率大价格便宜, 利用好资源，制作一款大功率正弦波逆变器，

正弦波控制板要注意两点:

• 工作时的死区时间: 本控制板以250ns为基准档位, 直到10us任意可控制，可以适应于不同大小的IGBT模块使用，本板控制默认为2.0us.
• 工作时的开关频率: 载波频率SPWM为16.0KHz, 控制板带50Hz/60Hz切换、开关机控制、LCD12864显示等. 板子尺寸：15*6.5cm

电压瞬时值和有效值结合的双闭环反馈控制

• 本控制板的稳压方式，采用的是正弦峰值稳压，是因为:
  • 瞬态闭环响应速度快, 快速响应母线电压变化和输出负载变化；
    • 正弦波峰值稳压: 控制正弦波的每周期峰值, 响应快, 控制精准, 真实；
      
      除去输出线路压降，可以真正做到输出电压纹丝不动。
    • 普通的取样稳压: 取样信号需要整流和电容滤波、平滑直流输入,
      
      时间比较长, 使输出电压忽高忽低，稳压总延后的不真实。
  • 控制环线路简单易控制。
  • 瞬时峰值电压，是固有的每峰值波一一对应控制。
• 外环电压: 有效值反馈，使系统稳态时尽可能实现输出无静差，
• 内环采用瞬时值反馈，保证系统获得优良的动态性能，
• 本驱动板的驱动参照了650KW的SPWM大功率驱动，一模一样照搬。
  
  功率够大, 每一路采用4只450A的IGBT并联使用, 总达2000A以上。

IGBT 及其驱动 和 SiC+GaN(碳化硅+氮化镓)

• IGBT在以变频器及各类电源为代表的电力电子装置得到广泛应用。
• IGBT集双极型功率晶体管和功率MOSFET的优点于一体，
  
  有电压控制、输入阻抗大、驱动功率小、控制电路简单、
  
  开关损耗小、通断速度快和工作频率高等优点。
• 但是，IGBT应用(驱动和保护)是电路设计的难点和重点。
  
  国外各IGBT生产厂家或应用企业开发出众多IGBT驱动集成电路或模块，
  
  如日本富士公司EXB8系列, 三菱电机M579系列, 美国IR的IR21系列等。
  
  但是，EXB8/M579/IR21 系列没有软关断和电源电压欠压保护功能.
• HP(惠普)的HCLP一316J(简称316J)
  
  316J有过流保护、欠压保护和1GBT软关断, 且价格较便宜.
  
  因此对其进行研究给出1700V，200～300A IGBT的驱动和保护电路。
  
  316J驱动说明:
  
  
• 大电流采样:
  
  大功率输出电流的采样, 不可能用单股多股康铜丝,
  
  需要使用"分流器"或者"大功率霍尔互感器".
  
  分流器较经济实惠, 本控制板用分流器. 功率决定分流器的选择。
  
  分流器的选取公式 = 输出功率/母线电压
  
  比如10KW输出功率, 母线电压为380V,
  
  母线电流是10000W/380V=26.3A. 买30A的分流器接上即可.
  
  其实市面上的分流器过载能力是很强的，不用考虑烧断。
• 控制板上的功率调节
  
  调节时，输出波形发生变化，并且还"出现上下平顶"，
  
  此时就是在控制"输出功率"，如果程序支持欠压输出保护,
  
  3秒就能关闭正弦波输出。
• 逆变器工作时为: 恒电压工作模式，逆变器的输出保护;
  • 本控制板已有IGBT短路过流保护, HCPL-316直接检测,
    
    集成$V_{CE}饱和压降检测, 欠压锁定, 软关断及隔离故障反馈输出,
  • 另外"过流保护(主电流冲击)" 控制输出的一开一关,
    
    此这时的输出波形由"正弦波"变成"顶部和底部压缩为方波,
    
    与EG8010过流控制一致。
  • 恒电流模式: 在过流时不改变正弦波的形状, 而改变上下幅度.
    
    正弦波变方波, 感性负载(电机/空调)在启动时电流特大, 易炸管;
    
    如果此时改用正弦波, 电流就很小,
    
    同时输出也不能低于180V,太低电器不支持。
    
    意思是冲击工作电压范围180-220V,
    
    简称（恒流工作模式）降压启动。

		死区时间测量: