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【討論】變頻電源、逆變器最佳工作拓?fù)?/h1>

開關(guān)電源工程師和變頻電源接觸頗多,而且其可靠性也是非常高的,研發(fā)實(shí)驗(yàn)時的各種不可預(yù)計的負(fù)載狀況都能適應(yīng)。

出于好奇,最近拆解了好幾臺變頻電源,研究研究。。。。

最后發(fā)現(xiàn),變頻電源的工作方式常見的就是三種:(那種直接市電整流H橋工頻的山寨貨除外)

1. 采用工頻變壓器工藝:前級PFC升壓,后級H橋SPWM工頻變壓器隔離變流。

 優(yōu)點(diǎn):成本低,耐沖擊。

 缺點(diǎn):效率低,變頻范圍窄,無波形庫,只能輸出交流。

下面的這張圖就是這種方工藝的:

3


2. 采用高頻變壓器工藝:前級PFC升壓,再PWM隔離變壓,后級H橋SPWM電感變流。

 優(yōu)點(diǎn):效率高,可輸出直流,相位可預(yù)置,可并聯(lián),可陣列

 缺點(diǎn):動態(tài)響應(yīng)差,變頻范圍窄,高頻輸出失真大

 下面2張圖都是采用這種工藝的:

 

2

 

5


3. 采用無變壓器無電感工藝:PFC升壓加PWM隔離變壓供電,功率放大器直接放大輸出。

 優(yōu)點(diǎn):失真極小,變頻范圍極寬,相位可預(yù)置,可并聯(lián),動態(tài)響應(yīng)好,極廣泛的波形庫,可模擬各種失真源。

 缺點(diǎn):成本高,效率低。

 下面的這張圖就是采用這種工藝的:

 

111

我們目前常見的逆變器或變頻電源都是采用前2種方式,第3種方式市面上見到的產(chǎn)品極少。

在實(shí)際應(yīng)用中,到底是哪一種方式的變頻電源/逆變器最好呢?

歡迎大家討論交流,各抒己見。。。。。


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2014-04-15 17:08
歡迎大家發(fā)表言論
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狼牙月
LV.3
3
2014-04-15 18:21

采用無變壓器無電感工藝:PFC升壓加PWM隔離變壓供電,功率放大器直接放大輸出。

這個沒有接觸過,不知道這個變頻范圍能達(dá)到多少。

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javike
LV.12
4
2014-04-15 18:25
@狼牙月
采用無變壓器無電感工藝:PFC升壓加PWM隔離變壓供電,功率放大器直接放大輸出。這個沒有接觸過,不知道這個變頻范圍能達(dá)到多少。

理論上是可以上GHZ,比如做成射頻功率放大器。

因?yàn)樗静淮嬖诨ê洼d波的概念。

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zvszcs
LV.12
5
2014-04-15 19:16
@javike
理論上是可以上GHZ,比如做成射頻功率放大器。因?yàn)樗静淮嬖诨ê洼d波的概念。
你要是把他抄出來就NB啦
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javike
LV.12
6
2014-04-15 19:22
@zvszcs
你要是把他抄出來就NB啦

買這貨時讓老板送了一塊驅(qū)動板,老化死活不愿意送功率板,

因?yàn)楣β拾逡粋€500W的模組散熱器兩邊的主功率管就有24個,說二手市場的價值都在1000+RMB,

1KVA的變頻電源上用了2個模組,48個功率管,上面的圖就是1KVA的。

4個變壓器是單獨(dú)的輸出,

高壓模式輸出時全串,做正負(fù)400+V供電電源,

低壓模式輸出時2并2串,做正負(fù)200+V輸出。

功率級工作在BTL和OCL切換

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javike
LV.12
7
2014-04-15 19:23
@zvszcs
你要是把他抄出來就NB啦
這貨業(yè)余抄出來也很難抑制自激呀
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米老鼠
LV.8
8
2014-04-15 19:29
@javike
這貨業(yè)余抄出來也很難抑制自激呀
就是太重太龐大
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zvszcs
LV.12
9
2014-04-15 19:43
@米老鼠
就是太重太龐大
好開個拆機(jī)板塊了,也搞個交換板塊
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IGBT2010
LV.8
10
2014-04-15 21:19
學(xué)習(xí)了!!
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2014-04-15 21:33
@zvszcs
好開個拆機(jī)板塊了,也搞個交換板塊
完全支持這個建議.100%支持
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javike
LV.12
12
2014-04-15 21:48
@廖遠(yuǎn)方
完全支持這個建議.100%支持[圖片]
這個可以有,但是跑題了。。。
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wangshujun
LV.8
13
2014-04-16 08:41
第三種就是線性放大器,效率很凄慘的,其實(shí)追求效果的完全可以用音頻功放配合信號源來做,要求效率的用d類5khz還是很輕松達(dá)到的,要求信號質(zhì)量的用ab類估計30khz問題不大。這樣的放大器并不難找的
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javike
LV.12
14
2014-04-16 12:32
@wangshujun
第三種就是線性放大器,效率很凄慘的,其實(shí)追求效果的完全可以用音頻功放配合信號源來做,要求效率的用d類5khz還是很輕松達(dá)到的,要求信號質(zhì)量的用ab類估計30khz問題不大。這樣的放大器并不難找的

目前還只發(fā)現(xiàn)鬼子用這種方式做,不過這種方式的效果的確非常好。

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hnzkwz
LV.7
15
2014-04-16 13:12
@javike
目前還只發(fā)現(xiàn)鬼子用這種方式做,不過這種方式的效果的確非常好。
第三種原來就是個功放
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yueyunno1
LV.9
16
2014-04-16 16:36
@hnzkwz
第三種原來就是個功放[圖片]
不錯的帖子!
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javike
LV.12
17
2014-04-16 19:21
@hnzkwz
第三種原來就是個功放[圖片]
就是個功放,但設(shè)計難度比普通的功放高多了
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yueyunno1
LV.9
18
2014-04-16 19:25
@javike
就是個功放,但設(shè)計難度比普通的功放高多了

不錯,很牛的功放!

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wangshujun
LV.8
19
2014-04-17 09:00
@javike
就是個功放,但設(shè)計難度比普通的功放高多了

相比于hifi功放的要求不算高,只不過是高壓輸出,常規(guī)功放不會用這么高的電壓輸出而已,大功率的功放為了長距離傳輸配變壓器的時候就能輕易做到的

不過這個一般帶寬都能到50khz左右,用來做變頻電源浪費(fèi)了點(diǎn),關(guān)鍵是平均效率大約只有30%,發(fā)熱太大了

h橋逆變的做到300hz以上的帶寬和特殊波形也是可行的,效率達(dá)到95%以上,性價比更好。

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javike
LV.12
20
2014-04-17 09:13
@wangshujun
相比于hifi功放的要求不算高,只不過是高壓輸出,常規(guī)功放不會用這么高的電壓輸出而已,大功率的功放為了長距離傳輸配變壓器的時候就能輕易做到的不過這個一般帶寬都能到50khz左右,用來做變頻電源浪費(fèi)了點(diǎn),關(guān)鍵是平均效率大約只有30%,發(fā)熱太大了h橋逆變的做到300hz以上的帶寬和特殊波形也是可行的,效率達(dá)到95%以上,性價比更好。

這點(diǎn)我不認(rèn)同。

按照功放的標(biāo)準(zhǔn),都是標(biāo)的峰值功率,而且功放在測試標(biāo)準(zhǔn)里也只是帶很小的負(fù)載進(jìn)行測試,連半載都不到,1000W的功放,實(shí)際按標(biāo)準(zhǔn)測試就200-300W。

而做變頻電源,電壓要正負(fù)400V以上,而且持續(xù)功率1000W,電路如果有一點(diǎn)自激就全炸了。

另外,普通的基波和載波50HZ和20K左右的,輸出300HZ是波形失真得不能看,而且在低頻40HZ一下,情況更糟糕,更別說0-1KHZ了

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wangshujun
LV.8
21
2014-04-17 09:30
@javike
這點(diǎn)我不認(rèn)同。按照功放的標(biāo)準(zhǔn),都是標(biāo)的峰值功率,而且功放在測試標(biāo)準(zhǔn)里也只是帶很小的負(fù)載進(jìn)行測試,連半載都不到,1000W的功放,實(shí)際按標(biāo)準(zhǔn)測試就200-300W。而做變頻電源,電壓要正負(fù)400V以上,而且持續(xù)功率1000W,電路如果有一點(diǎn)自激就全炸了。另外,普通的基波和載波50HZ和20K左右的,輸出300HZ是波形失真得不能看,而且在低頻40HZ一下,情況更糟糕,更別說0-1KHZ了

做逆變方式的輸出基波是載波的1/30就能得到說的過去的正弦,如果輸出基波是載波的1/300那么大多數(shù)的常用波形都能出得來,載頻高失真就小了。

功放那邊的問題,kw級以上的一般不再虛標(biāo),但是連續(xù)工作能力一般受限制很多,主要是散熱和供電方面,電功率本身一般都還扛得住?,F(xiàn)在對于這個頻段的失真和自激的處理不算難度。線性功放上百kw的都有。

虛標(biāo)主要發(fā)生在民用場合,不過最近虛標(biāo)除了山寨的也很少見到。

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javike
LV.12
22
2014-04-17 10:03
@wangshujun
做逆變方式的輸出基波是載波的1/30就能得到說的過去的正弦,如果輸出基波是載波的1/300那么大多數(shù)的常用波形都能出得來,載頻高失真就小了。功放那邊的問題,kw級以上的一般不再虛標(biāo),但是連續(xù)工作能力一般受限制很多,主要是散熱和供電方面,電功率本身一般都還扛得住。現(xiàn)在對于這個頻段的失真和自激的處理不算難度。線性功放上百kw的都有。虛標(biāo)主要發(fā)生在民用場合,不過最近虛標(biāo)除了山寨的也很少見到。

你了解一下功放的安全測試標(biāo)準(zhǔn)就知道了,上百KW級的實(shí)際測試也只是1/5左右負(fù)載進(jìn)行測試。而電源是在100%負(fù)載測試。同時他們的測試指標(biāo)也有著很大的區(qū)別。這不是虛標(biāo)的問題。

做逆變方式的輸出基波是載波的1/30就能得到說的過去的正弦”,我用EG8010測試過他的調(diào)頻功能,載波23.4K不變的情況下,輸出20HZ,那波形已經(jīng)嚴(yán)重失真了,輸出200HZ也嚴(yán)重失真了。當(dāng)然,這并不是說所以的MCU都不能做到,但載波20K左右,輸出20HZ的波形而不嚴(yán)重失真的變頻電源也不多。

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wangshujun
LV.8
23
2014-04-17 10:35
@javike
你了解一下功放的安全測試標(biāo)準(zhǔn)就知道了,上百KW級的實(shí)際測試也只是1/5左右負(fù)載進(jìn)行測試。而電源是在100%負(fù)載測試。同時他們的測試指標(biāo)也有著很大的區(qū)別。這不是虛標(biāo)的問題?!白瞿孀兎绞降妮敵龌ㄊ禽d波的1/30就能得到說的過去的正弦”,我用EG8010測試過他的調(diào)頻功能,載波23.4K不變的情況下,輸出20HZ,那波形已經(jīng)嚴(yán)重失真了,輸出200HZ也嚴(yán)重失真了。當(dāng)然,這并不是說所以的MCU都不能做到,但載波20K左右,輸出20HZ的波形而不嚴(yán)重失真的變頻電源也不多。

d類功放大約載頻都是300-500k的

8010的8位機(jī)運(yùn)算受限制,另外他的ad也是和pwm也不強(qiáng),要想做大范圍調(diào)頻的必須要更強(qiáng)的處理器才是,以前測試過用20k載頻的時候低于100hz的基本都看不到明顯的失真的,不過沒有測試閉環(huán)的情況

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wangshujun
LV.8
24
2014-04-17 10:38
@javike
你了解一下功放的安全測試標(biāo)準(zhǔn)就知道了,上百KW級的實(shí)際測試也只是1/5左右負(fù)載進(jìn)行測試。而電源是在100%負(fù)載測試。同時他們的測試指標(biāo)也有著很大的區(qū)別。這不是虛標(biāo)的問題。“做逆變方式的輸出基波是載波的1/30就能得到說的過去的正弦”,我用EG8010測試過他的調(diào)頻功能,載波23.4K不變的情況下,輸出20HZ,那波形已經(jīng)嚴(yán)重失真了,輸出200HZ也嚴(yán)重失真了。當(dāng)然,這并不是說所以的MCU都不能做到,但載波20K左右,輸出20HZ的波形而不嚴(yán)重失真的變頻電源也不多。
功放的功率測試要保證段時間能達(dá)到不失真功率,但是考慮到應(yīng)用場合的輸出特點(diǎn),電源和散熱器都不會做成滿額度的,并不是功放電路達(dá)不到標(biāo)稱功率。
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javike
LV.12
25
2014-04-17 10:46
@wangshujun
d類功放大約載頻都是300-500k的8010的8位機(jī)運(yùn)算受限制,另外他的ad也是和pwm也不強(qiáng),要想做大范圍調(diào)頻的必須要更強(qiáng)的處理器才是,以前測試過用20k載頻的時候低于100hz的基本都看不到明顯的失真的,不過沒有測試閉環(huán)的情況

目前市面上大多數(shù)載波20K的變頻電源,變頻范圍都是40-550Hz之間,高了不行還能理解,但低了也不行。很是郁悶。

一個不得不承認(rèn)的事實(shí),鬼子的變頻電源做得還真不錯,效果秒殺國產(chǎn)(包括臺灣)的。

他們同樣是用SPWM變頻的,頻率卻可以從0其調(diào),而且波形很漂亮,但上限也只是550HZ,

而且采樣功放形式的變頻電源,基本都是鬼子的,頻率0-2KHZ的都有,0-1KHZ的很普遍。

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javike
LV.12
26
2014-04-17 10:49
@wangshujun
功放的功率測試要保證段時間能達(dá)到不失真功率,但是考慮到應(yīng)用場合的輸出特點(diǎn),電源和散熱器都不會做成滿額度的,并不是功放電路達(dá)不到標(biāo)稱功率。
實(shí)驗(yàn)室多功放進(jìn)行測試安全測試都只是帶1/5左右的負(fù)載測試,證書的報告上卻是按滿功率標(biāo)的,而且根據(jù)測試標(biāo)準(zhǔn)也的確是不需要滿載測試。所以我一直認(rèn)為市售普通的功放并不能持續(xù)輸出標(biāo)稱的功率(DIY的除外)
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wangshujun
LV.8
27
2014-04-17 10:55
@javike
目前市面上大多數(shù)載波20K的變頻電源,變頻范圍都是40-550Hz之間,高了不行還能理解,但低了也不行。很是郁悶。一個不得不承認(rèn)的事實(shí),鬼子的變頻電源做得還真不錯,效果秒殺國產(chǎn)(包括臺灣)的。他們同樣是用SPWM變頻的,頻率卻可以從0其調(diào),而且波形很漂亮,但上限也只是550HZ,而且采樣功放形式的變頻電源,基本都是鬼子的,頻率0-2KHZ的都有,0-1KHZ的很普遍。
如果沒有輸出變壓器,從0開始沒什么難度,最大的改變就是反饋要做瞬時值反饋了,技術(shù)上沒有太大的限制,spwm方式對于沒有輸出變壓器的場合,高壓高頻率開關(guān)的損耗太大,載頻不適合做的很高,因此上限頻率也會受到很大的限制,如果載頻是50k,500hz的時候每個周期是100個點(diǎn),純正弦看起來還不錯,要加點(diǎn)其他的花樣就不太好了,比如弄一個馬鞍形狀什么的。
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wangshujun
LV.8
28
2014-04-17 10:56
@javike
實(shí)驗(yàn)室多功放進(jìn)行測試安全測試都只是帶1/5左右的負(fù)載測試,證書的報告上卻是按滿功率標(biāo)的,而且根據(jù)測試標(biāo)準(zhǔn)也的確是不需要滿載測試。所以我一直認(rèn)為市售普通的功放并不能持續(xù)輸出標(biāo)稱的功率(DIY的除外)
完全同意,因?yàn)樯岷碗娫炊歼h(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,從應(yīng)用的角度來說也完全沒有需求,但是可以確定的是滿功率消耗掉主濾波里面的電能是不會有問題的
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javike
LV.12
29
2014-04-17 11:22
@wangshujun
如果沒有輸出變壓器,從0開始沒什么難度,最大的改變就是反饋要做瞬時值反饋了,技術(shù)上沒有太大的限制,spwm方式對于沒有輸出變壓器的場合,高壓高頻率開關(guān)的損耗太大,載頻不適合做的很高,因此上限頻率也會受到很大的限制,如果載頻是50k,500hz的時候每個周期是100個點(diǎn),純正弦看起來還不錯,要加點(diǎn)其他的花樣就不太好了,比如弄一個馬鞍形狀什么的。

嗯,50K載波500HZ基波的波形應(yīng)該還是不錯的,但對于20K就很難看了,而且現(xiàn)在多數(shù)MCU固化程序的芯片都是為了滿載IGBT而做成20K。

如果要輸出1KHZ甚至2KHZ,SPWM的載波頻率就得100K以上了,這種硬開關(guān)下的開關(guān)損耗非??捎^,包括儀器有名的CHROMA也很少有1K-2K的變頻電源產(chǎn)品。

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javike
LV.12
30
2014-04-17 11:23
@wangshujun
完全同意,因?yàn)樯岷碗娫炊歼h(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,從應(yīng)用的角度來說也完全沒有需求,但是可以確定的是滿功率消耗掉主濾波里面的電能是不會有問題的
那是電容瞬間放電輸出的峰值功率,嚴(yán)格來說是瞬時功率
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wangshujun
LV.8
31
2014-04-17 11:35
@javike
那是電容瞬間放電輸出的峰值功率,嚴(yán)格來說是瞬時功率

大功放里面的電容很大的,能支撐的時間是秒級的,對于高頻電路來說基本上和連續(xù)已經(jīng)差不多了

最難滿足的其實(shí)是散熱需求,太難了

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