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消除工频纹波的AC/DC变换方法---无电解无纹波LED

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nc965
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  • 2011-1-21 09:05:35
一种消除工频纹波的AC/DC变换方法
中国发明专利 201010622997.6
本专利合作、许可、转让招商)

【技术领域】
本发明涉及电力电子技术领域,具体涉及一种消除工频纹波的AC/DC变换方法。

【背景技术】

目前,包括最简单的二极管整流电路以及较为复杂的无桥PFC变换在内的所有AD/DC变换,均采用在其直流输出侧并联大容量电容的无源滤波方式,以减少工频倍频纹波,给负载提供一个较为平稳的输出。
然而,现有技术存在以下问题:
一、大容量滤波电容只能减少工频纹波,并不能消除工频纹波。在对工频纹波有较高要求的场合,如果采用加大滤波电容容量的方法将迅速增加成本,如果采用后级功率变换调节的方法也将增加成本并降低效率。
二、由于大容量滤波电容储能很大,在开机瞬间可能引起较大的冲击电流,降低了可靠性;如果采用软启动电路,将增加成本、降低效率。
三、目前大容量滤波电容多采用电解电容,由于器件本身的原因,损耗很大,降低了效率;电解电容的耐温性能和耐冲击电流性能很差,是功率电子产品中最容易损坏的元件之一,降低了可靠性;电解电容的寿命较短,且随环境温度的升高迅速恶化,已经成为业界最头疼的问题之一。
由于以上原因,业内已经出现若干不使用大容量电解电容的方案,还有若干针对LED这样的特定负载的无电解电容的方案,但是这些方案要吗是牺牲了输入侧的PFC性能,要吗是牺牲了输出侧的纹波性能,或者将工频纹波以高频纹波的方式体现,有的方案确实在一定程度上减少了工频纹波,但是远没有消除,并没有使因交流电过零能量缺失所产生工频纹波低谷得到充分的补偿。
nc965
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  • 2011-1-21 09:19:07
 
本发明一种消除工频纹波的AC/DC变换方法对其中各个功率变换单元的具体电路拓扑的依赖性较少,包括整流电路在内的各个功率变换单元可以根据其运行工况灵活地选择最适应的电路形式;既可以实现非隔离的输出,也能够实现隔离的输出;既可以是输出电流控制,也可以是输出电压控制。并且,包括各种PFC技术、无桥整流技术、交错控制技术、软开关技术、组合拓扑技术以及磁集成技术在内的当前电力电子领域最先进的技术均可能得到应用。在功率等级上也没有限制,不仅适用于LED驱动这样的小功率应用,也适用于其他功率等级的AC/DC变换。
相较于现有技术,本发明一种消除工频纹波的AC/DC变换方法显著减少了需要的储能电容的容量,充分补偿了因交流电过零能量缺失所形成的工频纹波低谷,彻底摆脱了AC/DC变换对工频纹波滤波的依赖,且电路形式灵活,适应各种功率等级和控制方式,使AC/DC变换不使用大容量电解电容成为可能,特别适合高功率因素、高可靠性、高功率密度、无电解电容的AC/DC变换,具有广阔的应用前景。
ccq1208
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本网技师
  • 2011-1-21 11:21:37
 
参与中,顶
nc965
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  • 2011-1-21 09:31:22
 
【发明内容】
本发明一种消除工频纹波的AC/DC变换方法是:在AC/DC变换总功率通道IN之后分离为两个功率通道:主功率通道和辅功率通道;其中主功率通道是一个主功率变换单元,辅功率通道依次为一个储能变换单元、一个储能电容和一个填谷变换单元;两个功率通道最后在总输出端OUT处汇合。









nc965
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  • 2011-1-21 09:41:05
 
所述主功率变换单元实施尽量满足要求的控制、输出主要功率,在其输入侧留下功率富裕、输出侧留下工频纹波低谷;所述储能变换单元实施与所述主功率变换单元输入侧互补的功率控制、利用所述功率富裕给储能电容储能,所述填谷变换单元实施与所述主功率变换单元输出侧互补的功率控制、利用储能电容的释能填补所述工频纹波低谷;实现消除工频纹波的AC/DC变换。
由于本发明所述储能电容处于可控环境,与输出滤波完全分离,使得其储能和释能可以按照需要的工况运行。比如可以采用高压小容量电容储能,与常规滤波电容工况比较:一方面,由于电容储能与电压的平方成正比,电压的提高可以显著提高储能效能,大大减少了需要的电容容量;另一方面,储能电容的输出功率与电容的电压降直接有关,可以不像常规滤波电容那样受输出纹波波幅的限制,而是更大幅度地释放能量,显著提高了释能效能,进一步显著减少了需要的电容容量;同时,电容能量释放是受控的,由所述填谷变换单元根据纹波波谷位置和大小确定,避免了常规滤波电容那样在输出纹波的峰值后的下降沿不需要释能时就开始释能、待到谷底最需要释能时已经无法释能的不利工况,更进一步减少了需要的电容容量。事实上,采用本发明所述方法,所述储能电容的能量几乎是全部被利用到最需要的场合。本发明所述储能电容也可以采用与输出电压相同或不同电压等级的电解电容,所需容量大幅度减少并能消除工频纹波。并且,本发明所述储能电容也可以采用诸如超级法拉电容这样的储能元件,利用器件特性优势获得降低成本、改善性能的效果。
liangry2005
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副总工程师
  • 2011-1-24 16:57:12
 
nc965
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  • 2011-1-21 09:42:35
 
本发明所述主功率变换单元实施尽量满足要求的控制是指:在其输入侧要满足总传输功率的控制要求,必要时也应能够满足功率因素矫正(PFC)的控制要求,在其输出侧要满足输出电压或者电流控制要求。对所述主功率变换单元而言,要同时满足上述控制要求,一方面必然会产生不能由自身转移的功率富裕,这部分能量由辅功率通道转移到储能电容;另一方面也必然会在其输出侧产生因交流电过零能量缺失所形成的工频纹波低谷,这部分能量缺失由填谷变换单元用取自储能电容的能量予以填补。由于有总传输功率的控制要求,这两部分能量是平衡的,输出纹波低谷被充分填补。
本发明所述主功率变换单元实施尽量满足要求的控制还包括:在主功率变换单元和填谷变换单元同时向负载输出能量的情况下,要满足主辅控制要求,即以主功率变换单元为主、填谷功率单元为辅的功率分配控制策略。
本发明所述在AC/DC变换总功率通道IN之后分离为两个功率通道是指:主功率通道和辅功率通道可以在交流输入侧就开始分离,也可以是在不可控的二极管整流电路后以同压或者倍压的方式分离,还可以是在前级为一级可控的总功率变换单元的同一回路直流输出或者不同回路直流输出上再实施的分离。特别地,如果要满足PFC控制要求,有前级总功率变换单元时,前级总功率变换单元可以是一个PFC变换;如果没有前级总功率变换单元或者前级总功率变换单元不是一个PFC变换,则有两种选择:如果所述辅功率通道有一个储能变换单元,则该储能变换单元与主功率变换单元一起协调互补实现PFC控制要求;如果没有所述储能变换单元,则需要主功率变换单元具备一个与储能电容功率过程对应的PFC补偿控制策略,实现可能是不完全的PFC控制要求。
nc965
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  • 2011-1-21 10:05:18
 
【具体实施方式】
下面结合附图和本发明的实施方式作进一步详细说明。
请参阅图1,是本发明一种消除工频纹波的AC/DC变换方法第一实施方式的结构示意图。

1

本实施方式在总功率通道IN之后分离为两个功率通道:主功率通道a和辅功率通道b,分别连接到主功率变换单元和储能变换单元,其中主功率变换单元的输出直接连接到总输出端OUT,储能变换单元的输出连接到储能电容后,再经由填谷变换单元连接到总输出端OUT。其中,ab两个功率通道可以是从交流输入侧就开始分离的两个功率通道,也可以是在一个不可控的二极管整流电路后以同压或者其中一个以倍压的方式分离的两个功率通道。
为满足总传输功率的控制要求和PFC控制要求,首先要按照常规的方法通过输入端IN的电压和电流回馈以及输出端OUT的功率回馈形成一个总控制策略PFC,然后根据这个总控制策略PFC分别确定主功率变换单元的控制策略A和储能变换单元的控制策略B,基本关系为:A+B=PFC
其中,主功率变换单元的控制策略A一是要满足其输出功率控制不得超过总控制策略PFC,即A<=PFC;二是要有一个常规的输出端的回馈e,以满足输出电压或者电流控制要求;三是要满足与填谷变换单元之间的主辅控制要求,即AC
储能变换单元的控制策略B是一个与主功率变换单元的控制策略A互补控制策略,实现转移由总控制策略PFC确定的总传输功率中未能由主功率变换单元转移的功率的控制,即B=PFC-A。此外,必要时可以有一个来自储能电容的电压回馈d,防止储能电容电压意外溢出。
填谷变换单元的控制策略C是一个常规的输出端的回馈c的控制策略,以满足输出电压或者电流控制要求;同时也要满足与主功率变换单元之间的主辅控制策略AC
所述控制策略中,主功率变换单元的控制策略A和储能变换单元的控制策略B有确定的互补关系,可以由若干逻辑电路和运算电路实现;主辅控制策略AC可以简单地使主功率变换单元输出端回馈e的阀值稍微大于填谷变换单元输出端回馈c的阀值实现,也可以采用诸如滑模控制这样的更有利的控制策略。
由于所述主功率变换单元直接与输入端IN和输出端OUT连接,承担主要功率传输的仅有一级变换,因此本实施方式是高效率方式。本实施方式各部参考波形见图1
nc965
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  • 2011-1-21 10:08:51
 
请参阅图2,是本发明一种消除工频纹波的AC/DC变换方法第一实施方式的一种非隔离输出电路的结构示意图。




图2

由输入端IN输入的交流电经由不可控的整流电路D整流后分为离两个功率通道,主功率通道连接到由电感L1、开关K1以及二极管D1组成的Buck-Boost主功率变换单元,其输出连接到总输出端OUT;辅功率通道连接到由电感L2、开关K2以及二极管D2组成的Boost储能变换单元。所述储能变换单元的输出端接有一储能电容C3,再连接到由开关K3、二极管D3以及电感L3组成的Buck填谷变换单元,所述填谷变换单元的输出连接到总输出端OUT
以上各个变换单元应满足如图1所示本发明第一实施方式的控制策略,相关元件的运行参数由各自的运行工况确定。
输入滤波电容C1以及输出滤波电容C2只需按照高频纹波滤波要求设置,必要时可增加高频滤波电感与之配合。
对于本发明一种消除工频纹波的AC/DC变换方法的所有电路而言,储能电容C3的输入端就是其输出端,储能电容C3的另一端连接到符合填谷变换单元电路结构且更有利于储能的总输出端OUT的某一点上;储能电容C3需要的最小容量可按下式确定:
C=Pt / ( kFU2 )
式中,Pt为需要的填谷功率,F为工频频率,U为储能电容上的最高储能电压,k为效能系数。效能系数k是一个小于1数,其大小与储能电容利用效能和填谷变换单元的效率有关。需要的填谷功率PtPFC控制条件下可以大致按照总输出功率的三分之一估计。
2是本发明一种消除工频纹波的AC/DC变换方法第一实施方式的一种非隔离输出电路的结构,但不能认定这是其唯一的一种非隔离输出电路结构。
happjsh
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副总工程师
  • 2012-7-25 17:05:43
 
大师自己的发明专利吗?
nc965
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  • 2011-1-21 10:11:23
 
请参阅图3,是本发明一种消除工频纹波的AC/DC变换方法第一实施方式的一种隔离输出电路的结构示意图。


3

由输入端IN输入的交流电经由不可控的整流电路D整流后分离为两个功率通道,主功率通道连接到由开关K1、变压器B1以及二极管D1组成的反激式主功率变换单元,其输出连接到总输出端OUT;辅功率通道连接到由开关K2、变压器B2以及二极管D2组成的另一路反激式储能变换单元,其输出与储能电容C3连接,然后经由一个由开关K3、二极管D3以及电感L3组成的Buck填谷变换单元后,与总输出端OUT连接。C1C2是高频纹波滤波电容。
以上各个变换单元应满足如图1所示本发明第一实施方式的控制策略,相关元件的运行参数由各自的运行工况确定。一个典型的应用实例是:用11uF1000V的储能电容,即可支撑一个150W左右、高功率因素、无电解电容、无工频纹波、输出电流控制的LED路灯驱动电源。
3是本发明一种消除工频纹波的AC/DC变换方法第一实施方式的一种隔离输出电路的结构,但不能认定这是其唯一的一种隔离输出电路结构。

bigbigeasy
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高级工程师
  • 2012-4-8 22:32:19
 
这个貌似并联pfc&nbsp;&nbsp; 好像有专利的 还是好多年前的
nc965
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  • 2012-4-9 13:04:54
 
那是并联交错PFC,不一样的东西。
bigbigeasy
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高级工程师
  • 2012-4-9 19:35:31
 
并联pfc 不是交错并联pfc
A Parallel-Connected Single Phase Power Factor Correction Approach With Improved Efficiency

你看下吧,这篇文章
nc965
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  • 2012-4-9 23:26:29
 
下载不了那篇文章,看标题是一种旨在提高效率的并联PFC运行方式,与本案相去甚远。
nc965
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  • 2011-1-21 10:15:16
 
请参阅图4,是本发明一种消除工频纹波的AC/DC变换方法第二实施方式的结构示意图。



4

在本实施方式中, PFC变换单元是一个包括了总功率控制在内的常规PFC变换单元,可以是无桥的、软的、交错的甚至隔离的PFC变换单元,其控制策略PFC也是常规的、通过输入端IN的电压和电流回馈以及输出端OUT的功率回馈形成的。与常规PFC变换不同的有两点:一点是在辅功率通道b上增加了一个防止储能电容电压溢出的保护控制回馈d,如果所述PFC变换单元能够确保在任何情况储能电容下没有电压溢出,该回馈d可以取消;另一点是该PFC变换的输出侧被分离为ab两个功率通道,以便以两种最适宜的电压等级被分别连接到主功率变换单元和储能电容,如果主功率变换单元的输入电压采用与储能电容相同的电压等级,则该PFC变换单元的两路输出也可以是同一路输出的两个单向传输支路。
所述主功率变换单元和填谷功率变换单元分别实施满足输出电压或者电流控制要求的控制策略AC,并满足一个主辅控制策略AC的控制。
本实施方式没有储能变换单元;是两级变换;各部参考波形见图4
nc965
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  • 2011-1-21 10:20:13
 
请参阅图5,是本发明一种消除工频纹波的AC/DC变换方法第二实施方式的一种非隔离输出电路的结构示意图。


5

由耦合电感LL2、开关K、二极管DD2组成的Boost总功率变换单元可以是PFC控制的,分别通过二极管DD2将输出功率分离为两两个单向传输支路。由二极管D分离出的主功率通道连接到由K1D1L1组成的Buck主功率变换单元,其输出与总输出端OUT相连;由二极管D2分离出的辅功率通道连接到储能电容C3,再经过由K3D3L3组成的Buck填谷变换单元连接到总输出端OUT
以上各个变换单元应满足如图4所示本发明第二实施方式的控制策略,相关元件的运行参数由各自的运行工况确定。其中,C2是高频纹波滤波电容;C1是总功率变换单元和主功率变换单元之间的拓扑衔接电容,适当的电容容量才能保证两个电压型拓扑之间的动作协调。
5是本发明一种消除工频纹波的AC/DC变换方法第二实施方式的一种非隔离输出电路的结构,但不能认定这是其唯一的一种非隔离输出电路结构。
lesonlee
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高级工程师
  • 2011-1-23 06:21:15
 
楼主定位在哪一功率等级?
准备应用在哪一方面?
有无简单替代方案?
执着精神可嘉,只是如果20年后才能用,过了年限了。
nc965
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  • 2011-1-21 10:20:54
 
请参阅图6,是本发明一种消除工频纹波的AC/DC变换方法第二实施方式的一种隔离输出电路的结构示意图。
nc965
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  • 2011-1-21 10:22:02
 
请参阅图7,是本发明一种消除工频纹波的AC/DC变换方法第三实施方式的结构示意图。
nc965
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  • 2011-1-21 10:22:43
 
请参阅图8,是本发明一种消除工频纹波的AC/DC变换方法第三实施方式的一种非隔离输出电路的结构示意图。
艾青
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  • 2011-1-21 10:57:59
 
有这么多图?在那里啊?
nc965
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  • 2011-1-21 11:02:18
 
最后几个图暂时不公开,留坑。
第一方案是1.3级变换
第二方案是2.0级变换
第三方案是1.5级变换
nc965
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  • 2011-1-21 10:23:13
 
请参阅图9,是本发明一种消除工频纹波的AC/DC变换方法第三实施方式的一种隔离输出电路的结构示意图。
名驹
  • 名驹
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LV6
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  • 2011-1-21 10:26:25
 
楼主你很牛啊!
st.you
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  • 2011-1-21 10:48:55
 
成本很高啊
ruoshui136
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  • 2011-1-21 10:58:47
 
whiterat424
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  • 2011-1-21 11:15:05
 
支持下
ccq1208
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本网技师
  • 2011-1-21 11:23:31
 
创新,支持。。。
micropower
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  • 2011-1-21 11:35:48
 
支持!很不错,期待样品的出现。
nc965
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  • 2011-1-21 11:39:02
 
控制比较另类了,希望电源控制IC商家跟进,目前只能考虑数字实现,有兴趣的可以加专题研发QQ群:103777642(空间有限,看热闹的就谢绝加群)
micropower
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  • 2011-1-21 11:52:04
 
思路正确了,控制当然不是问题了,IC商你就不要指望了,要不自己去开个IC。
我现在很多电源都是数控的,早前我也想过开IC,但后面我想可能会自己去开IC。
micropower
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  • 2011-1-21 11:46:11
 
这个创新的思路不错,应用于LED路灯及一些大功率场合很有优势。但对于小功率可能爱限于成本无法大量使用。
不知这是不是王教授之作?
思路非常正确,电路有很大的改动空间,如何高效及低成本化也有待研究,如果能用两级或是一级功率变换,那将大大提高电路实用性。
nc965
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  • 2011-1-21 15:24:42
 
本人的方案,李氏变换,与王老师无关。
是的,电路的自由度很大,这里只是给出典型的、易于理解的电路形式,还有很多可以选用的电路形式可用,不能一一枚举。希望大家深入研究,提出更多的实用电路来。
micropower
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  • 2011-1-21 17:22:13
 
哎!我想你应换个地方了,还在中山哪我想什么都搞不出来的,那边实在太在意成本了啊。
照明王工
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本网技师
  • 2011-1-21 13:06:20
 
专利虽好,应用难
youyoujiasu
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LV8
副总工程师
  • 2011-1-21 13:31:59
 
读了NC965大师的帖子,不得不说这是这些电路思路新颖,看来电源行业即将被刷新了!
无电解电容电路应用是市场发展的趋势,只不过是个时间问题!
艾青
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  • 2011-1-21 17:14:58
 
呵呵
WANGYUREN
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总工程师
  • 2011-1-21 19:09:04
 
楼主牛啊:去年的发明今年授权了?
nc965
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  • 2011-1-21 23:10:45
 
哪有这样快啊,现在只是受理了,还没有进入公开阶段。
WANGYUREN
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总工程师
  • 2011-1-22 12:57:38
 
那不太妙:抢在知识产权局前面公开,会增加实质性审查的难度。
nc965
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  • 2011-1-23 10:17:18
 
不是你说的那样子的,只要不在申请日之前公开,就不丧失新颖性,即使在申请日之前公开,只要有足够理由,也是可以的
WANGYUREN
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  • 2011-1-23 13:02:57
 
增加实审难度不等于否定新颖性。
cmg
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  • 2011-1-21 23:18:40
 
不是我打击李工,你的这些发明都很新颖,但实用意义不大。
三套开关在小功率市场成本、空间都不允许,而LED应用于照明的最大市场就是小功率,我估计市场的90%以上都在15W以下。
而路灯市场,由于空间不是太受限制,点解用大一点,温度都很低,寿命不是问题,没有电解,过很高电压的雷击(如6KV以上)是个很难或成本很高的问题,而路灯电源目前的趋势是模块化,电源的变化就是不再放在灯的顶端,而是放在灯杆的下面,环境温度不再是问题,另外由于模块化,功率也小型化,20-50W是主流。
nc965
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  • 2011-1-21 23:51:06
 
这里主要说的是功能实现,也就是说,无电解无工频纹波是可以实现的,并没有负载性质或者功率等级的限制。
至于小功率LED驱动,在没有相应的单片电源IC出来之前,肯定没有成本优势,但不能说没有性能优势或者说没有价值。而电路或者控制的复杂性带来的成本问题,最终均能够被集成化所化解。
就你列举的50W以下的小功率应用,业界的一个趋势就是单片IC化,从长远来看,同样功率的内部三套开关的单片电源和只有一套开关的单片电源IC的制造成本和需要的体积并不会有太大差别,但性能却好出很多。加之不需要电解电容,就更容易做成全固化的模块电源。记得在哪里说过,我也相信,LED驱动电源最终的市场就是这样的一个个固体傻瓜模块。
我甚至还相信,占市场90%以上的、15W以下的、内部集成了3套或者更多开关的、高PF的、无电解的、无工频纹波的、只需外接一个瓷片电容的LED专用单片驱动IC终将问世。

cmg
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  • 2011-1-22 09:45:50
 
"同样功率的内部三套开关的单片电源和只有一套开关的单片电源IC的制造成本和需要的体积并不会有太大差别"。这个关系到IC工艺,实际上是有巨大差别的,现在大部分单片电源IC内部并不是单片的,是几个硅片用线连起来的,相当于厚膜电路.
祝愿你取得成功。
nc965
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  • 2011-1-22 10:06:05
 
呵呵,这个涉及微电子学,我是不能做的。
伟林电源
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  • 2011-1-25 20:52:53
 
确实如此,如果真正了解了ic工艺技术,才会发现要实现多个单片集成并不是那么容易啊。
hardings
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  • 2011-1-26 07:38:09
 
以图3为例,填谷变换部分应该是用BOOST结构更好,这样芯片内部包括3个高压开关,其他均为低压电路,芯片成本根据功率等级不同而不同,如果高压开关均用10ohm,整个芯片的成本在六到八毛RMB。
nc965
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  • 2011-1-26 08:55:19
 
这个成本是可以接受的啊,再加上专利费捆绑销售,销售价格在2.0RMB左右,相信是有市场的,谁先做,我独家许可。
micropower
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  • 2011-1-26 15:24:32
 
最好还是先把样机做出来了。
就算是开IC也要用分立元件组成验证可行性啊,或是用实际硬件电路模拟下先。
cmg
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  • 2011-1-26 22:07:33
 
如果真能做成IC,个人估计成本在1.5个美金,而不是八毛人民币。
hardings
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  • 2011-1-26 22:47:20
 
CMG此言差矣,老实说,国际大厂来做,成本也不会有1.5美刀,欧美的制造成本实际上很低,成本高是在人力和运营上;国内做就更不用说了。
cmg
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  • 2011-1-27 08:19:36
 
个人的估计,不一定准确,也就是说可能比这个低,也可能比这个还高。
nc965
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  • 2011-1-26 23:31:21
 
1.5个美金差不多就是一片DSP的成本,不会吧.
cmg
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  • 2011-1-27 08:16:04
 
DSP的成本反而很低,因为它的线宽是纳米级的,占用的空间很小。MOSFET占用的空间很大,大小基本上是与电压、电流成比例的,控制部分由于有驱动等存在,线宽也要比较宽才行,否则承受不了电流。另外3个MOSFET,驱动,控制等要封转到一起,工艺上是非常复杂的,因为牵扯到散热的问题,材料膨胀系数的问题,过温保护检测点的位置等一大堆问题。另外成品率是个很大的问题,这个也占了IC成本的很大一部分,如果成品率低的话做IC就没意义了,成品率占了IC成本的一部分,功率器件和逻辑电路是很大不同的。
hardings
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助理工程师
  • 2011-1-27 08:26:49
 
给你个现成的例子,550V双MOS管半桥驱动+控制芯片多芯片封装,欧美制造,0.15美金。由于是半桥驱动,控制芯片内还有500高压驱动管。
cmg
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  • 2011-1-27 14:51:02
 
人家里面有3个功率管。
nc965
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  • 2011-1-27 17:10:13
 
2只功率管也可以实现
WANGYUREN
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  • 2011-1-27 16:26:42
 
啥型号?可否↑参数表?
hardings
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  • 2011-1-27 08:31:48
 
李工这个想法的缺点确实是成本,但成本高主要还是来自于三个功率级,两个变压器,电感,功率管等等
蒋江黔
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  • 2012-1-7 10:28:51
 
行家
littlerenlo
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  • 2012-1-9 09:38:18
 
shb123456
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  • 2011-1-25 16:45:09
 
新一代的电源非常不错,在此学习了。一颗IC内部集成的3套及更多的开关,对于整个IC的工艺可想而知。IC的成本及增加很多。以及IC内部做高压及大电流处理的技术更高。
zhuyl614
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助理工程师
  • 2015-12-7 11:05:23
  • 倒数3
 
楼主学习了
micropower
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  • 2011-1-22 10:18:58
 
老郭说得有道理,不过技术无止境,让我们期待新的产品出现。
nc965
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  • 2011-1-22 10:46:30
 
我并不强调小功率应用,也不太在乎LED应用,其实真正想做的是AC/DC模块电源,现在因为电解电容不适合灌封工艺,很少有AC/DC做成固体模块的,即使勉强用其他材料代替电解电容做出来的模块,纹波也是比较大的。
micropower
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  • 2011-1-22 11:27:15
 
小李啊!有了想法也要行动啊,还有很多问题要解决的,控制芯片及MOS驱动,整机性能等,样机出来了才能最大体现价值,现在的老板要看到东东才会认可。
nc965
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  • 2011-1-22 18:32:26
 
老李了,非小李。卢工若有兴趣,不妨继续深入一下,或者合作开发,不过我感觉你最熟悉的PIC芯片不太适合做这个,需要独立的至少三路PWM,还要有硬件乘法器才能实现PFC
hardings
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助理工程师
  • 2011-1-22 23:35:38
 
大力支持楼主的创新精神,虽然不看好这个技术的商业应用。国内IC原厂是非常缺乏有系统定义/创新能力的应用人才的。
nc965
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  • 2011-1-23 10:28:50
 
这是跟国内以一家IC厂家的对话:
微电子 19:48:14
李老师,在吗?
清风 19:49:01

微电子 19:50:41
你的那个专利我拿回公司给老总看了,最后我们开会讨论了,他还是觉得成本太高,开发风险太大,他不敢做
三套功率管,用同一种工艺做的话成本还是很高
如果是用在小功率的市场,成本可能无法让人接受
如果工艺发展起来,成本能降下去还是可以做的
清风 19:55:48
可以考虑分两步走,先只做控制芯片,以后再把功率管集成进去
微电子 19:57:33
还有些别的难处,如果做这块片子,预计研发周期是2年,并且还需要测试,我感觉老总不太愿意冒险。他最担心的还是成本降不下去。
清风 19:59:19
控制芯片也有成本问题?
微电子 19:59:45
就算外接3个功率管,也未必会比现在的方案成本更低,因为有些应用不需要3个管子。
清风 20:00:15
理解错误,控制芯片解决的是控制策略问题,最后得到没有工频纹波的AC/DC输出,这个芯片可以用到所有AC/DC变换上,不仅仅是LED驱动,市场很大的。
微电子 20:08:25
这点我也知道,但是撇开IC研发成功之后生产的成本,这块片子的开发费用也是不低的,之前做了预估,估计需要8个工程师,用2年的时间来做电路的设计,而且中间再加上流片失败,测试等等的成本,风险也是不小的。
清风 20:09:19
你们估计得这样精确?佩服
微电子 20:10:17
我们之前是做过AC-DC芯片的开发,是以自身的实力大致做的估计。别的实力强的公司或许开发周期会更短
清风 20:10:59
这个比一般的AC-DC芯片复杂
微电子 20:11:09
肯定要复杂很多
微电子 20:14:57
李老师,您的这些想法都挺好的,但是要实用确实难度不小,可能一般的小公司都不敢接。
hardings
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LV3
助理工程师
  • 2011-1-24 22:54:36
 
我也是一家IC原厂技术负责人,我觉得李工这个想法在实现上不会想上面说的那么难,关键还在于产品出来后的目标市场定位,哪里都可以用只是从技术角度说的吧?
nc965
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  • 2011-1-25 09:03:21
 
你好,感谢你这样的IC原厂技术人员关注此项技术,其实我也感觉不至于需要像他说的8个工程师2年的工作量。关于产品的市场定位,我个人认为有2个层次的产品可以做:
一个产品是针对一般功率(几十到几KW)控制驱动专用芯片,目标也很明确,就是做AC/DC模块电源,这个需求是很大的,而现有方案因为有高压大电解存在基本上不能做成固体模块,是业界一大头疼问题。你们若能够做出这样的芯片,可谓功莫大焉!



第二个产品是针对小功率的(比如50W以下),将开关器件也一起集成到一个封装内,这个产品如果推出,将改写LED电源标准,多大的市场,我说了不算。
欢迎你们介入这个项目,共同发展。
glennking
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LV2
本网技师
  • 2011-1-29 12:57:06
 
您好~我是从事IC设计研发工程师~对於你的技术我有高度的兴趣~只是你的贴图无法显示~我尚无法了解电路的工作原理~若您愿意~我想评估实现成IC的可能性有多大!!我本人是做电源IC的设计~希望能有机会与您合作!!
cdzx11
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总工程师
  • 2011-1-29 15:36:53
 
这东西原理并不复杂吧?
你有什么地方看不明白?
nc965
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  • 2011-1-29 18:31:54
 
你可以加我QQ 178467293
bean321
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初级工程师
  • 2011-1-30 11:28:41
 
做IC的人不少啊。
cdzx11
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总工程师
  • 2011-1-23 10:51:55
 
有意思的发明。
不过,这个方案大概就适合比较小的功率吧?对大功率应用,储能电容的容量大概小不了,恐怕很难用非电解电容。这个问题恐怕还需要进一步研究,把能量分配的解析式写出来。
另外,这个电路的确有点过于复杂。楼主连软启动都嫌复杂,这电路比软启动复杂太多了吧!而且,这个电路的复杂不仅仅限于控制,功率部分也够复杂的,功率部分可是难以集成的。
只是为了去掉电解电容,弄一个这么复杂的电路,对大多数应用来说,大概不太可能会选择这样的方案。
nc965
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  • 2011-1-23 14:57:31
 
应该也适合做大功率,大功率的趋势就功率分流,有2路交错的,或者多路的,还有开关并联的或者模块并联的,本来就够复杂的,而这些分流的的思路与本案实际上是不谋而合的。
需要的电容量也是可以计算的,不会很大到不能接受,完全不用电解电容是可能的。特别地,如果功率大到一定程度,采用三相供电时,需要的电容量更小,优势更为突出。
因此复杂性主要还是控制方面的,这个显然应该由专用控制芯片来化解。
或许我们可以这样来看问题:反正大功率应用本身就有功率分流问题,稍微改动一下分流方式,顺便实现有源填谷滤波,省下滤波电解,消除工频纹波,何乐而不为之?
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  • 2011-1-23 17:13:58
 
特别地,如果功率大到一定程度,采用三相供电时,需要的电容量更小,优势更为突出。
三相供电从理论和实践都可以做到无二次纹波。你的发明就别在三相上动脑筋了,构思巧妙,赞一个
nc965
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  • 2011-1-23 17:43:33
 
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  • 2011-1-23 18:05:16
 
非常赞同。
三相本来就不存在掉电问题,我很多年以前就做过三相整流之后没有大电容滤波的电源——当然那时候根本不考虑PFC的问题。
实际上,三相直接整流之后纹波就不算太大,用上PFC之后大概还要好一些吧。
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  • 2011-1-23 18:34:05
 
这方面我做过理论分析,过程很繁琐,只说二点结论:
1 三相整流电路,相电流谐波失真越小,直流侧电压纹波越小。那么如果相电流为纯正弦波形,输出电压就没有纹波了?请看下一条
2当三相电网不平衡时(实际上三相电网总是不平衡的,平衡只是理论上的和相对的),直流输出电压可能会存在二次工频纹波-有一种控制策略可以做到无二次纹波
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  • 2011-1-23 18:40:59
 
三相平衡正弦电流相加无纹波吗?要分析的确比较费功夫。
补偿三相不平衡,大概需要使电流也不平衡吧?
其实,还有一个问题:电源电压失真不太好处理,实际上所有PFC都存在这个问题。
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  • 2011-1-23 23:02:48
 
三相平衡正弦电流相加无纹波吗?-应该是三相完全平衡时(电压、电流)三相功率无纹波,输出自然无纹波 -负载回路引起的纹波暂不考虑
补偿三相不平衡,大概需要使电流也不平衡吧?对
电源失真引起的直流纹波较小,其频率也较高,较小的直流总线电容就可滤除,关键是要控制网侧电流谐波失真不随电压失真而变。从这点来说,简单的取网侧电压作为参考电流基准信号不可取
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  • 2011-1-23 23:32:59
 
呵呵……三相平衡正弦电流,就是说三相平衡的时候,电流也是正弦波(当然也应该是平衡的),其实和你的意思一样,不过你的说法更规范。
的确,从功率的角度看理应如此,从数学上证明应该也比我想象的容易一些才对。

至于失真,我是说具体实现中处理失真的交流电比较困难。如果电压波形是失真的,PFC的基准本身就有问题,这种情况下,如何保证PFC的电流是正弦波呢?
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  • 2011-1-24 08:48:56
 
首先对电网电压进行分解,然后重构参考基准
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  • 2011-1-24 10:54:30
 
数字电源?
这儿需要实时处理失真,输出正弦信号不能有明显的延迟
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  • 2011-1-24 14:06:41
 
三相PFC一般功率较大,数字控制成本已不成问题,性能大幅提升,调试简单,为何用模拟方式做?
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有道理
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  • 2011-1-24 14:22:43
 
不过,如果电源波形本身有失真,你总不能用失真的电流来补偿输出波形。这样做虽然可以保证输出纹波足够小,但功率因数就下降了。
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  • 2011-1-24 09:00:51
 
其实,所谓三相交流无二次纹波的说法只是理论上的,实际情况下,三相可能不平衡,各相的功率因素也各不相同,波形也可能偏离正弦,这些因素使得三相AC/DC变换任然可能出现较大的纹波。
facts
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  • 2011-1-24 09:35:22
 
先别否定,我准备在本周内开一专题,讨论这方面内容。敬请期待
艾青
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  • 2011-1-24 18:13:10
 
期待中。。。。
cdzx11
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  • 2011-1-27 15:23:44
 
刚才计算了一下这个方案所需要的电容容量。
假设储能电容工作电压为400V,电源频率50Hz,则所需电容最小容量为:50nF/W。
也就是说,这个电路如果真的做好了,的确只需要很小的电容就能保证完美输出纹波指标。

注:最小电容容量是假设每周期储存的能量刚好全部用完,下一周期再重新充电,类似于DCM和CCM之间的临界状态。
艾青
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  • 2011-1-27 16:37:32
 
请问楼上是怎么计算的?想学习学习!我一直没计算出来。这个跟变压器的输出电压有关系的吧?越高的话相应波谷需要补充的能量越小。
nc965
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  • 2011-1-27 17:12:56
 
6楼不是有公式吗?
cdzx11
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  • 2011-1-27 17:17:06
 
我没有用你的公式,你的公式我没看太明白。我是按能量算的。
cdzx11
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  • 2011-1-27 17:20:30
 
似乎有点不一样哦……
另外,我计算的时候没考虑损耗,按100%效率计算。
nc965
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  • 2011-1-27 17:26:36
 
6楼公式就是根据能量推导出来的,根据你的400V参数,这个电容应该是42nF/w
如果电压提高到1000V,则需要的电容是6.7nF/W.
cdzx11
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  • 2011-1-27 17:33:44
 
你这儿能量计算是不是有问题?
单个周期的辅助回路的功率积分就是能量。
你的辅助回路的功率波形实际上相当于半波整流的电压波形,这种波形的平均值应该是π/8,频率为100Hz(50Hz工频),单个周期内能量为π/8*1/100(焦耳/瓦)。
nc965
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  • 2011-1-27 18:26:19
 
能量计算模型:


对上述功率曲线一个周期的积分可得到主辅功率通道的能量比例约为 68:32
根据电容储能公式
E=( CU2 )/ 2
很容易计算出在特定储能电压条件下需要的电容量
C=Pt / ( kFU2 )
其中Pt=0.32P

辅助回路的功率波形并不是半波整流的电压波形,而是总功率中未能由主功率变换转移的功率富裕。
cdzx11
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总工程师
  • 2011-1-27 18:40:43
 
先不说效率问题
你这儿的32%、68%怎么来的?
按我说的计算吗,应该是π/8,约39.27%
nc965
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  • 2011-1-27 20:34:20
 
仿真的数字是68.431:31.569

cdzx11
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  • 2011-1-28 00:24:45
 

是我记错了公式,你也不说你的数据是从哪儿来的。
全波整流的平均值因该是:2/π≈0.636620
你这儿填谷所用的能量波形只有一半,也就是:1/π≈0.318310
所以主回路的能量为:1-1/π≈0.681690
cdzx11
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  • 2011-1-28 00:33:33
 
重新计算,当电源为50Hz工频电源,输出功率为1W时,得:
辅助通道需要处理的功率为:
1/π≈0.318310(W)
按功率计算,每秒钟处理100次填谷,每次需要处理的能量为:
1/π÷100≈0.00318310(J)
假定辅助通道最大工作电压400V,根据电容储能公式有:
Cmin=2E/U²=39.79(nF)
怎么又和楼主不一样?
nc965
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  • 2011-1-28 08:38:32
 
呵呵,你这次是对的,我正文里是按照大致1/3估计的,为了便于记忆,考虑了些许损耗。
储能电容需要的最小容量可按下式确定:
C=Pt / ( kFU2 )
式中,
Pt为需要的填谷功率,
F为工频频率,
U为储能电容上的最高储能电压,
k为效能系数。效能系数k是一个小于1数,其大小与储能电容利用效能和填谷变换单元的效率有关。
需要的填谷功率PtPFC控制条件下可以大致按照总输出功率的三分之一估计。
greendot
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  • 2011-1-30 12:08:11
 
删了。之前看错了。
cdzx11
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  • 2011-1-28 00:36:14
 
我可没说是半波整流,而是说那个波形和半波整流出来的波形是相同的,所以有同样的平均值计算公式。
艾青
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  • 2011-1-27 22:41:54
 
呵呵 还是没看懂!
WA000
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  • 2011-2-1 22:25:16
 
艾青
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  • 2011-2-9 10:17:43
 
这个专利号目前还查不到,我老板态度还不坚定!
micropower
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  • 2011-2-9 10:32:36
 
好像要等四年吧。
nc965
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  • 2011-2-9 13:25:33
 
估计三月分就要公开了
艾青
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  • 2011-2-9 14:39:32
 
真正出样机还需长期奋斗!
cdzx11
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  • 2011-2-9 15:34:07
 
等公开吧,说不定到时候有人抢着要和你合作。
micropower
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  • 2011-2-9 23:55:28
 
有没那么快?样机在准备没?
zh88ha
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  • 2011-2-18 09:44:45
 
期望早点公开 一睹庐山面目
Hausa
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  • 2011-2-11 16:28:56
 
斗胆直言一句,个人觉得此发明只是书生意气而已。
cdzx11
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  • 2011-2-11 17:24:32
 
为什么这么说?
这个发明就是电路复杂了一些,但原理上完全没问题的。
最终是否能被用上,关键还是在于成本效益。
zyx999
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  • 2011-2-15 10:01:03
 
Hausa
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  • 2011-2-15 11:45:44
 
我说的是商业价值不大。大家走着瞧就是了。
cdzx11
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  • 2011-2-15 12:19:17
 
貌似我也可以去申请一个类似的专利。
原理和这个不太一样,不过缺点也一样。
YTDFWANGWEI
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  • 2011-2-15 13:37:08
 
专利这种东西,只要掏钱就能过,至少我联系申请的好多已经过了。(在企业专利是有用的,象什么高新企业之类的,必须有专利、著作权登记之类的东西)。个人申请专利,一般没用,因为你没有那么多精力、财力去追究。
cdzx11
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  • 2011-2-15 17:07:03
 
发明专利有用,实用新型没有用。
私人公司往往愿意个人申请,因为省钱。
YTDFWANGWEI
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  • 2011-2-15 17:19:29
 
发明专利是受保护,可除非你发明的专利被大公司看上了,否则不会产生什么效益的。
cdzx11
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总工程师
  • 2011-2-15 17:49:44
 
之所以这样说,是因为我吃过亏:明知道别人侵犯了我的专利,还没办法直接告对方,还需要认定专利的有效性,最后只好放弃了。
YTDFWANGWEI
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  • 2011-2-15 21:48:01
 
主要是除非大的公司侵犯你的权利,否则你告对方,可能获得的赔偿还没有你花费的费用多。
cdzx11
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  • 2011-2-16 01:37:07
 
其实不在于能赔多少钱,而是一个行业市场,一年几百万上千万
gang8013
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  • 2011-2-16 18:48:34
 
请问下,你能估计下效
cdzx11
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  • 2011-2-16 19:23:56
 
啥?
斜阳古道
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  • 2011-2-22 01:40:12
 
如果李工是在学校混的学生、或是老师,这个专利有用。另外,个人觉得开关电源的可靠性更是一个大问题,而不是如何省掉电解,这可能跟大部分人的理解都不一样,呵呵。
cdzx11
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  • 2011-2-22 02:36:27
 
开关电源的可靠性是可以设法提高的,电解电容的寿命则基本无解。
kob1981520
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  • 2011-3-1 22:36:49
 
路过
蒋江黔
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  • 2012-1-5 21:59:15
 
几K的申请费,每年几百的年费,心痛
WANGYUREN
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  • 2012-1-7 08:29:22
 
实施后碰见纠纷,年费不会成为“保护费”,更心痛
st.you
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校园出来的东西,很多是只能在仿真器里实现一个仿真结果而已,一些实际会遇到的困难和麻烦楼主竟都不以为然,思维太过于理想主义了。
Htrper
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  • 2012-6-7 13:47:40
 
还是理论和实践的差别啊
te_760214
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支持李版主!
xianfjq
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支持李版主!
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  • 2011-5-25 17:03:53
 
本专利已经公开,可以检索到了
micropower
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  • 2011-5-25 20:34:39
 
做出样机没?
mhx121
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  • 2011-7-29 13:20:41
 
zhaochendong
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本网技师
  • 2011-10-10 14:08:24
 
先做记号,回去细看~~~
Guidewang
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高级工程师
  • 2012-4-11 10:56:59
 
有点深奥,我得多看几遍了。Thank you for your sharing!
nc965
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  • 2012-6-6 10:23:12
 
样机进行时,有没有志愿者啊?
stzxzmin7
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助理工程师
  • 2012-6-6 10:29:08
 
难度传说中的九九又有人附体了
baizifei
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  • 2012-7-13 21:47:29
 
发明:不简单啊,我目前还在应用领域呢,像楼主致敬!
yinzhihong20
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  • 2012-7-24 21:43:55
 
欢迎跟贴
lesonlee
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  • 2012-7-25 02:49:55
 
未来技术。
楼主专利申请早了。
nc965
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  • 2012-7-25 10:54:59
 
不早,样机很快就出来了
micropower
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  • 2012-7-25 15:34:07
 
啊!样机还没出来呀
guo407214944
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  • 2013-2-18 16:59:03
 
想法不错,支持。
w137155390
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  • 2013-2-18 18:09:15
 
支持原创,原创是艰辛的,但是只有这样,才能一步步改进,使其趋于成熟~~~~任何一个好的idea都不可能一次成型,加油~~~~
nc965
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  • 2015-1-29 20:04:12
 
四年多了,发明授权否?
WANGYUREN
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那俩工型电感疑是输入、输出的π型滤波电感,如是,那整板剩下俩EFD电感,少了一个?
WANGYUREN
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如过没猜错,那个105是BOOST储能电容
WANGYUREN
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是不是那个BUCK-BOOST主功率变换器给省掉了?
nc965
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  • 2015-1-30 13:58:01
 
两级哦
WANGYUREN
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  • 2015-1-30 20:07:33
 
不是专利线路?
micropower
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  • 2015-1-31 02:18:39
 
我最近也在做一款类似的,PFC+BUCK,两级电路,用了两棵芯片。
WANGYUREN
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  • 2015-1-31 19:47:23
 
俩拓扑开关驱动可共地不用浮栅驱动,看来IC没楼主选的好。
micropower
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  • 2015-1-31 23:48:24
 
没用到浮驱,用了两棵IC
nc965
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  • 2015-2-2 09:53:29
 
我们是单芯片,14pin的
nc965
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  • 2015-2-2 09:55:31
 
一般的芯片做不了无电解,上次用6562做过一款,费很大的劲,20W输出,PFC电容也需要6.8uF左右
windh
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