BoostZVT管损坏原因分析.docx

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1、一、实验内容Boost、ZVT管损坏原因分析2014.6.1工作了。2014.6.182014.7.15二、实验目的塞浦路斯客户反映4.6kW的逆变器其中一路Boost不工作了，又过了几天，另一路也不对楼顶电池板阵列进行改造，以满足4台逆变器均能满载。其中一台逆变器（最左侧）Boost.ZVT管损坏。2014.7.16-2014.7.18对损坏的逆变器利用ChrOma进行实验，分析故隙原因。2014.7.21-2014.7.22对损坏的逆变器更换.Boost管、ZVT管、二极管，取消ZVT电感及ZVT电路二极管D45。21日上午重新在楼顶并网，22日上午约11点再次发现BoOSt管损坏，G、D

2、、S同时导通,ZVT管、二极管未坏（ZVT电感己取消）。2014.7.23对损坏的逆变器再次更换.B。S1管，上午在楼顶利用示波器等查找故障原因。三、实验记录实验日期：2014-7-17测试型号：2500W实验开始时间：8:00实验结束时间：17:30实验人员：实验结果：对2014.7.15损坏的逆变器更换.Boost管、ZVT管、二极管，取消ZVT电感及ZVT电路二极管D45。实验平台状态如图1.。通过拍摄视频，记录BoOSt启动过程中BooSt管D-S波形、BUS电压波形。分析启动过程及不同输入功率下，B（X）St电路的工作状态。图1实验平台状态实验一、BoOSt启动过程实验设置ChrOm

3、a（图2）,是逆变器工作在低功率状态，通过视频“VID_2014071705006”观察BOOSt启动过程中Boost管D-S波形、Bus电压波形。图2Chroma设置图3并网前一瞬间Boost管D-S波形（通道2蓝色：BooStG-S波形；通道3红色:图4并网稳定后Boost管D-S波形BOoStD-S波形；通道4绿色：ZVTG-S波形）图5并网前一瞬间Bus电压波形图6并网稳定后Bus电压波形（通道2蓝色：BOoStG-S波形；通道3红色：BUS电压波形；通道4绿色：ZVTG-S波形）实验现象：并网前，BoOSt工作，占空比逐渐展开，BUS电压持续升高至约440V。然后继电器吸合,开始并网

4、。并网瞬间，BUS电压会有明显跌落。实验现象：并网前，几乎没有负载，电感电流断续状态，理论上，电流过零后MoS管D-S电压应该为输入电压，实际为振荡波形。实验二、在MPPT跟踪目标电压接近，逐渐增大输入功率的情况下，对比BOoSt管D-S波形，分析Boost电路的工作状态。图7输入功率34W图8并网稳定后Boost管D-S波形图H输入功率188.3W图12并网稳定后Boost管D-S波形图13输入功率257.6W图14并网稳定后Boost管D-S波形图15输入功率3I1.9W图16并网稳定后Boost管D-S波形（通道2蓝色：BOoStG-S波形；通道3红色：BOOStD-S波形；通道4绿色：

5、ZVTG-S波形）实验现象：在MPPT跟踪目标电压接近，逐渐增大输入功率的情况下，BoOSt电路逐渐由断续状态变为临界状态直至进入连续工作状态。实验三、在输入功率接近，MPPT跟踪目标电压增大的情况下，对比BoOSt管D-S波形，分析Be）OSt电路的工作状态。图19输入功率312W,MPpT跟踪电压I49V图20并网稳定后Boost管D-S波形图21输入功率312W,MPpT跟踪电压241V图22并网稳定后BoOSt管D-S波形（通道2蓝色：BOoStG-S波形；通道3红色：BOOStD-S波形；通道4绿色：ZVTG-S波形）实验现象：在输入功率接近，MPpT跟踪目标电压增大的情况下，Boo

6、st电路分别工作在临界状态和断续状态。即，BoOSt输入电压越高，BoOSt进入连续状态所需的功率就越大。实验日期：2014-7-18测试型号：2500W实验开始时间：8:00实验结束时间：17:30实验人员：实验结果：对全新、完整的逆变器（非BooS1多次损坏的那台逆变器）通过对比轻载、满载情况下的BOOSt管导通、关断波形，查找BOOS1管损坏原因。实验平台状态如图1.。图1实验平台状态关断波形图3BOoSt驱动上升沿对比（左：轻载，右：满载）图4BOOSt驱动下降沿对比（左：轻载，右：满载）（通道I黄色：继电器线包电压；通道2蓝色：BOoSt驱动;通道3红色：BooStD-S波形；通道4

7、绿色：ZVT驱动）实验现象：BoOSt管导通、关断波形均正常，与下图C一致：BOoSt管在零电压下开通，关断时，并联电容减少了关断损耗。(a)轴管驱动Ue(r)(b)主管驱动UeB(0(C)主管电压Ucr(d)i11(e)i1j()辅管电压HxfeG)缓冲电容电压UC1实验日期：2014-7-23测试型号：2500W实验开始时间：8:00实验结束时间：12:00实验人员：实验结果：对2014.7.22损坏的逆变器再次更换.Boos1管,上午在楼顶利用示波器等查找故障原因。在上午11:10前，功率未超过2.5kW时，工作均正常。随着电池板的遮挡逐渐减少、日照强度增加，功率逐渐接近2.5kWo此时

8、发现MPPT跟踪不稳定，于是通过观察Boost电感电流波形、Boost管D-S波形,查找故障原因。视频“VID_2014072304554”记录下了MPPT跟踪不稳定时的过程。此时，并网功率变化巨大，可能瞬间从3kW跌至1.4kW,Bus电压脉动严重，Boost电感电流同样脉动严重。MPPT跟踪不稳定持续一段时间后，出现电感饱和的声音，此时用示波器抓住图1所示波形。然后立刻关闭直流输入。另外，该机器在前一次损坏(2014.7.15)后于2014.7.16-2014.7.18期间进行实验时，同样存在功率超2.5kW后，MPPT跟踪不稳定的现象。图1故障瞬间（发出电感饱和声）波形（通道2蓝色：Bo

9、oSt电感电流；通道3红色：BOOSt管D-S波形；通道4绿色：继电器线包电压）实验现象：通过图1可以看出，BOoSt电感电流瞬时超过150A,60A的二极管可能因过流损坏，电感饱和瞬间，若Boost管导通，流经Boost管的短路电流也可能使47A的管子损坏。实验日期：2014-7-23测试型号：2500W实验开始时间：14:00实验结束时间：17:30实验人员：实验结果：为验证MPPT跟踪不稳定非硬件故障导致，将上一实验所用DSP板装到新主控板上，再次从低功率至超过2.5kW限定功率进行并网。分别拍摄了5段视频。功率低于2.5kW时，MPPT跟踪较为稳定，功率设定为310OW时，再次出现MP

10、PT跟踪不稳定的现象，视频“VID_2014072374604”记录了这一过程。从视频中可以看出，功率超过2.5kW后，并网功率持续减小，输入电压持续向开路电压方向扰动。四、实验分析2014.7.17实验分析一、Boost电感电流断续后，MOS管D-S电压为振荡波形的原因是电流过零后MOS管的结电容和BOOSt电感谐振，详见boost开关VdS电压波形分析。Bst电路可工作在电感电流连续（CCM）或电流断续模式（DCM）o以下分析工作于电流断续模式的boost电路。BOOSt电路mos管ds电压基本波形如图1。在开关关断瞬间，由于mos管ds寄生电感作用形成高压尖峰。此尖峰由于有较大电流切换，

11、会引起EM1此尖峰会通过升压二极管传递到输出电压。在ds间并接RC滤波可有效改善如图2所示，尖峰波形明显减小。在此主要分析后端凹槽部分原因及影响。Mos管ds电压后端凹槽部分产生原因：由于电感工作在电流断续模式，当电感电流降为零时，由于mos管ds间寄生电容作用，寄生电容放电与升压电感形成震荡，而产生图1所示凹槽。当在mos管ds间并接RC滤波后，相当于加大了寄生电容容量，震荡周期加大，如图2所示。MOS管ds电压震荡与升压电感电流波形对比如图3。当电感电流降到零时mos管ds电压开始卜.降,当电感电流由负上升到零时，ds电压开始上升，如此循环，明显波形图见图4,此图增大了开关周期。消除凹槽及

12、其影响：增大开关频率或增加升压电感容量使电路进入连续模式可以消除mos管ds电压后端凹槽，增大开关频率会增加开关管在大电流中切换次数，从而加大EMI。增加电感量使电路进入电流连续模式，也可消除此凹槽，但大电感意味成本和体积的增加。并且应用于此的230外围电路（误差放大器补偿电路）只适用于电流断续模式。此凹槽由于寄生电容和电感充放电引起，由于电容容量很小，产生电流较小对EM1影响也较小，因此，在输出电压纹波满足要求下（电流断续模式下电压纹波受电感及电容影响），可不考虑此凹槽影响。二、BOOSt电路工作状态与增益、T1的关系，即与输入电压、输入功率的关系。式中T1是储能电感1与负载电阻R周期时间T

13、s乘积的比率。它是无量纲参数CM图2-14连续与不连续临界条件QC=KM）关系图根据图2-14,BUS电压相同，输入电压越低，增益M越高，此时，连续工作状态所需T1越小，轻载下即能满足。即：相同负载情况下，可能会出现：输入电压200V一连续状态；输入电压250V一临界状态；输入电压30OV一断续状态。与实验现象一致。2014.7.23实验分析一、MPpT跟踪不稳定直至电感饱和是导致BooSt、ZVT管损坏的原因。需要查找超过限定功率后,MPPT跟踪不稳定的原因。需要实现（1）在低于限定功率的情况下，MPPT跟踪精度达到？。（2）在超过限定功率的情况下，包括输入功率增大及过温降载等，MPPT跟踪精度达到？。（3）利用ChrOma实现MPPT的高精度跟踪后，需要用实际的电池板进行验证。