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变压器输出波形怎样改善?

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kingguans
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助理工程师
  • 2010-3-9 19:43:12
10问答币
我是一个电路初学者,变压器更是第一次看。
我的目的是做一个1.1M的超声源(现用1K的电阻代替换能器),下图为原理图和测试点图(TP1为黄色,TP2为蓝色)。
图中变压器磁芯为外径78mm、内径36mm、厚20mm的环形锰锌铁氧体(身边刚好只有这种),材料应该为2KB1;铜线为直径0.1mm、36股铜线;初级两个绕组和次级绕组并绕2匝(低压所以没加绝缘)为1:1:1.
通过示波器检测TP1和TP2,初级电压波形还好,但次级输出严重畸形!请问如何改善输出波形?(只求性能最好,体积和成本不考虑)



kingguans
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助理工程师
  • 2010-3-9 19:47:47
 
补充,变压器输出最大功率50W左右,正常使用为20W到30W左右!
晶纲禅诗
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  • 2010-3-9 20:29:06
 
看波形你的频率不算低啊!你先查一下这个频率时R2KB1能否胜任? 而且看波形觉得有少许不对称,推挽电路个人主张用放气隙的EE磁芯来做。
kingguans
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助理工程师
  • 2010-3-9 20:59:17
 
谢谢!我用EC磁芯试过,与环形相比初级TP1测试点上升时尖峰比较大,查资料说是漏感大造成的,环形磁芯漏感比有气隙磁芯漏感小。

2KB1最高频率应该是500K左右! 频率低磁芯应用在高频中会有什么影响?铁损变大?
我明天用EE型磁芯试下!
再次谢谢!
晶纲禅诗
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  • 2010-3-9 21:34:02
 
根据以往经验,环形漏感虽小,但相对更易偏磁(或两个半周不对称),EE有适当的气隙时,则要好得多,但制做时需
注意绕制工艺。 频率低磁芯应用在高频中会有什么影响? 的确是铁损变大,可用的磁摆幅大大降低。
kingguans
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助理工程师
  • 2010-3-10 20:03:43
 
哦,这样啊!是不是大的磁芯比小的磁芯好啊?比如设计要求一样的变压器,大的磁芯比小的磁芯应用在电路中,大的磁芯性能好呢?(铜线的直径、匝比等其他条件都一样)
晶纲禅诗
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  • 2010-3-10 20:10:03
 
匝数相同时,适当稍大一点的磁芯磁摆副会更小些,性能也更好些。
long223349
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  • 2014-11-2 19:55:46
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long223349
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高级工程师
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星宇
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  • 2010-3-9 23:25:44
 
500KHZ?你用啥磁芯?
kingguans
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助理工程师
  • 2010-3-10 19:52:26
 
今天用EE型试了,看TP2点的波形,比用环形略好点,差不多。 我一带上换能器,那波形严重畸形! 不知道主要是我的变压器不好还是电路不好!
520_520
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斜阳古道
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  • 2010-3-9 22:40:14
 
看看你的28V输入是否干净?
kingguans
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助理工程师
  • 2010-3-10 19:55:30
 
电源输入应该没问题! 用是开关电源!示波器看上去没什么问题!
晶纲禅诗
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  • 2010-3-10 20:02:56
 
换能器上的正常波形应该是怎样的,不知你是否有正常的参考波形?
kingguans
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  • 2010-3-10 20:07:03
 
我以前做的20K的超声发生器, 输出是这样接的:换能器+匹配电感+电阻。在电阻取样是正弦波,换能器等效成电容,它两端电压波形 类似三角波和正弦波
kingguans
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助理工程师
  • 2010-3-10 20:42:33
 

这是以前做的20K频率下带换能器工作时,变压器次级电压波形(蓝色)和电流波形(黄色)。20K时用的是EE55磁芯。
kingguans
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助理工程师
  • 2010-3-10 20:35:58
 

上次我用环形磁芯试此电路时(负载为换能器+匹配电感+采样电阻),碰到这样情况:变压器输出Uo,次级电流(电阻采样)Io
导致电压波形凹下去,会不会是变压器输出功率不够?
kingguans
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  • 2010-3-10 20:27:05
 
测试点TP2 的波形 我看有点像PowerAnts老师的《2009 年世纪电源网技术研讨会演讲稿---变压器心得》中写的振铃现象。 比他书中还有厉害。
输出变压器的负载大小对此影响还很大!
不知老师们认为如何?

2009 年世纪电源网技术研讨会演讲稿---变压器心得.pdf

514.39 KB, 下载次数: 717

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  • 2010-3-10 21:39:09
 
这个设计的问题太多了!
1)这等频率必须用MOSFET或高频三极管。如此高压大电流的IGBT在这里就是一废物!
IRF540N/640N就足够了。也可以用BU406可以做成模拟的自激振荡模式(参考超声波雾化器电路)。
2)磁芯改成镍1K的环。
kingguans
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  • 2010-3-10 22:05:35
 
此电路设计时没考虑成本只追求性能可靠,所以用了高压大电流IGBT,是浪费。
此电路用由单片机控制数字信号发生器产生控制信号。主要目的是能够由上位机方便调频、调压,再次说明,此电路不考虑成本。仅做实验用! (实验不同频率下(20K-1.1M ),超声波对除蓝藻、除污等的影响)
正考虑买台超声波雾化器看看!用镍环啊? 镍的初级漏感好像有点大吧?
xkw1cn
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  • 2010-3-10 22:33:53
 
IGBT特点是高压大电流。频率是它最大的弱点!你却用它的弱点来讲可靠;这能成理由吗?
你的换能器是容性的;适当的漏感可以补偿电容的无功分量。
kingguans
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  • 2010-3-10 22:54:34
 
IGBT的频率是比MOS的低,但我用IXEH40N120D1芯片,1M频率下带电阻负载(由电阻代替变压器),其G、C集波形完全正常啊!就由最上面的图,TP1测试点的波形失真的很严重吗?(我一直以为这样没问题了)
xkw1cn
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  • 2010-3-10 22:56:50
 
是极不正常!IGBT输出应该是方波!
kingguans
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  • 2010-3-10 23:06:39
 
我知道是方波,这个波形是带变压器测的,我将变压器用电阻代替,再适当的调整一下吸收电容,输出就是方波。
上升沿和下降沿有一点偏,我认为是密勒效应造成的。
xkw1cn
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  • 2010-3-10 23:12:31
 
即便没有RC吸收;带变压器时,还应该是方波!RC只是用来吸收杂波的;不是用来修正方波的。
kingguans
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  • 2010-3-10 23:24:26
 
我认为那个波形顶部失真,就是因为变压器没有设计好造成的。明天我去试下,把IGBT换成MOS再看看D极波形(身边刚好有IRFP350,这个管子电流小),原本想设计到1KW以上的,所以用了40A的IGBT。
星宇
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  • 2010-3-11 00:09:01
 
你那个波形是想当的不正常了,你的负载都是容性了何不搞成次级谐振呢?500KHZ的频率最好是用镍锌环来做变压器!加上频率跟踪,如果功率不调节更容易实现!控制信号最好不要用单片机产生!你会死的难看!
kingguans
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  • 2010-3-11 19:34:13
 
不能用单片机?这个还真不知道!首先其他芯片没怎么学,不清楚。第二,现在用单片机我觉得没什么干扰啊,控制很正常啊!
kingguans
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  • 2010-3-11 19:38:06
 
换能器+电感 就是谐振的,结果就变成14楼的电压、电流波形了!试过一个小的镍环,TP1点失真严重!猜想 漏感大!
星宇
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  • 2010-3-11 20:40:10
 
给你贴一个波形看一下就明白了!
kingguans
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  • 2010-3-11 21:16:54
 
这个图和我15楼贴的图差不多,15楼的是20K、EE55锰锌铁氧体。
查资料:镍锌的导磁率低,在相同条件下,漏感比锰锌的大。造成IGBT管C极波形变形严重。不知道是否正确?
xkw1cn
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  • 2010-3-11 21:24:53
 
C极畸变是因为IGBT没完全开,有电电流;波形就被拖塌了!
kingguans
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  • 2010-3-17 19:56:51
 
我不认为是因为IGBT没有完全开的原因,我更认为是初级谐振造成的。 因为我看GE之间的波形很正常。GE波形达到关断的电压了。(可能我没把G极的波形图类似于58楼的黄色波形,没有失真)
晶纲禅诗
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  • 2010-3-10 22:50:13
 
还有一点忘了说了,频率较高(500KHz以上时),使用多股绞合线平密绕法时,也有听说过存在超高频谐振的问题,
正如你的波顶的锯刺振荡,如时间条件都允许,不仿换用单根线(镀银铜线)也可试一试。
xkw1cn
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  • 2010-3-10 22:54:28
 
建议用正交绕法试试。
kingguans
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助理工程师
  • 2010-3-10 23:04:00
 
正交绕法?怎么绕啊?能不能发个资料学习一下?谢谢!我是新手!
xkw1cn
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  • 2010-3-10 23:14:29
 
没相邻匝互为90度;就是正交绕法了。这方法适合螺线管和环;不适合工型骨架。
zkybuaa
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副总工程师
  • 2011-3-21 10:56:54
 
每相邻匝互为90度,如何绕?
xkw1cn
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  • 2011-3-21 13:08:38
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没法画啊!
建议看看无线电的书;里面可能有。
晶纲禅诗
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  • 2010-3-10 23:14:34
 
原副边有一定夹角(60度蜂巢绕法)间绕也可。
kingguans
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  • 2010-3-10 23:26:56
 
哦!好好的!谢谢!
kingguans
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助理工程师
  • 2010-3-11 19:19:54
 

这幅图是正交绕法后带电阻负载而得。蓝线为测试点TP2。
比以前的情况好多了!
和一般绕法,在性能上有什么区别啊?
晶纲禅诗
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  • 2010-3-11 19:25:04
 
减小了两线平行时的“邻近”效应与分布电容,高频损耗得以减小。
kingguans
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  • 2010-3-10 23:32:32
 
关于14楼的电压电流图,是因为输出功率不够吗?
xkw1cn
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  • 2010-3-10 23:38:37
 
电路震荡了。
kingguans
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  • 2010-3-10 23:43:32
 
15楼的图是 20K频率下带换能器正常工作时的波形图,它也振荡。但没出现凹下去的情况。
xkw1cn
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  • 2010-3-10 23:50:58
 
换能器是压电陶瓷,是容性的。你带的是电阻;是阻性的!
kingguans
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  • 2010-3-11 19:26:09
 
关于为什么凹下去,具体原因不太清楚,可能和我电路频率和换能器的工作频率以及匹配电感的大小有关。
20K的电路中,我通过调节电感量,观察变压器次级电压和电流波形,发现当电感值不合理时会发生类似情况。
kingguans
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助理工程师
  • 2010-3-10 23:39:36
 
由第一幅波形图看,测试点TP1的峰峰值约为60V,差不多是28V的两倍。
我分析认为:当上管关闭而下管导通时,初级两个绕组形成自耦变压器,匝比为2:1,所以TP1的电压是源电压的2倍。
不知我猜测的对不对?
xkw1cn
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  • 2010-3-10 23:41:30
 
正确!
kingguans
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  • 2010-3-12 19:34:49
 
变压器输出端为换能器+采样电阻。工作时,采样电阻波形(黄色)、其中一个IGBT管C极波形(蓝色)如图1和图2。
第一幅图中变压器初级驱动电压为25V,第二幅图中为30V。(将楼主中原理图里28V调成25V或30V)
通过示波器观察,IGBT管C极波形顶部会塌陷,并塌陷的最低点等于初级驱动电压!为什么这样?
个人分析:C极顶部电压=变压器初级驱动电压+对应绕组的自藕电压。塌陷下去的原因就是自藕电压先降低然后又回升造成的。而又为什么这样,是因为变压器的次级电流变化率过大,这一瞬间使得 次级产生的磁通瞬间全部被初级产生的磁通相抵消,则自藕电压就瞬间下降。
不知我分析的对否? 要解决这一问题有什么方法?

图1 25V驱动电压

图2 30V驱动电压
星宇
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  • 2010-3-12 20:07:46
 
看来我那幅图是白发了!你现在的驱动频率是多少?你可以算一下谐振频率!
kingguans
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  • 2010-3-12 20:34:10
 
驱动频率1.1M , 我先直接加换能器,然后加小电感,将电感逐渐加大。但并不能像20K频率(15楼图)那样,电压和电流同相。也没有完全正弦波。换能器静态电容10nf(这在实际应用中有很大差别)。
xkw1cn
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  • 2010-3-12 21:48:15
 
引线多长?
kingguans
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  • 2010-3-12 22:09:33
 
输出端的引线总共大概30cm到40cm左右吧,
晶纲禅诗
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  • 2010-3-12 22:27:43
 
感量也不小了,呵呵.....
xkw1cn
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  • 2010-3-12 22:45:45
 
怪不得!连线都加入谐振了。如此高频;除非用高频导线,普通线距离绝对不能过10厘米!
kingguans
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  • 2010-3-13 18:36:22
 
哦,下周把线路重新搞下!
kingguans
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  • 2010-3-12 22:27:02
 
也有可能是换能器不好,这个换能器新加工的,性能不知道怎么样!有可能是这个原因!
kingguans
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助理工程师
  • 2010-3-15 20:36:04
 
我把线能短的尽量短了,但没什么效果。(TP1点照样凹陷),并发现凹陷的最低点 并不是只仅仅到电源电压,甚至更低。 郁闷中~~
xkw1cn
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  • 2010-3-15 21:55:55
 
建议在变压器两端并2200P的电容看看,是否有改善或“坑”变宽了。如果有效;就继续加大电容;直至IGBT的C极变成近似正弦就好了。
星宇
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  • 2010-3-15 23:15:46
 
明显的谐振频率高于驱动频率了,我的图片还是是白发了!
xkw1cn
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  • 2010-3-15 23:18:09
 
哈哈!别生气!技术如同窗户纸,破了很简单;没破看不透。
kingguans
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  • 2010-3-16 19:59:06
 
我也认为初级电路中谐振了啊!所以想办法改进嘛!不知老师你有什么经典解决的方法,学习学习!我是刚毕业的新手,正需要学习呢。
kingguans
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  • 2010-3-16 19:56:15
 
我把推挽电路改成单端式的。然后变压器初级加了RC吸收电路,IGBT管旁加了RCD吸收电路(如图1)。IGBT的G极(黄色)和C极(蓝色)波形如图2。

图1 原理图

图2 波形图
由这个波形图看出,C极的波形 比以前的波形好多了(以前的图见45楼)。
由这个方法,我想到把推挽电路初级绕组两端(非中间抽头的两端)加上RC吸收电路, 实际效果比45楼的图好多了。
这个RC吸收电路的选取还待试,虽然没有预期的效果,但好多了!
kingguans
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  • 2010-3-16 20:01:24
 
对于楼上的两个图我还有个疑问,为什么IGBT管的C极顶部电压是70V左右,而我驱动的电压为36V。 为什么是两倍的关系?
xkw1cn
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  • 2010-3-16 22:28:08
 
R1/R2/R10短路后;效果会更好。
kingguans
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助理工程师
  • 2010-3-17 19:43:55
 
R1 用来电流采样的;R10画错了,实际放在IGBT的E极,0.5欧 也是用来采样的。
而R2短路 效果不是很好。
kingguans
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助理工程师
  • 2010-3-17 19:50:43
 
对于那个IGBT的C极电压为什么是70多伏。我查到一些相关的资料(附件中),和资料所说的次级反射电压有点类似。
还有,45楼的波形凹下去,和资料中的波形也有点类似。不过造成的原因应该不太一样,资料是因为次级断流,初级谐振造成的。
而45楼的电压波形不应该是这个原因。

Design Guidelines for RCD Snubber of Flyback Converters.pdf

156.48 KB, 下载次数: 240

kingguans
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  • 2010-3-17 20:07:47
 
最后改善后的原理图(图1)和波形图(图2)

图1 改善后原理图

图2 TP1 和TP2的波形图
通过今天的改善,电路基本是能用了!可能设计的还不够合理。还有个问题,这个电路中的C15和R17 起到什么作用??(就因为这两个元器件使本来凹下去很深的部分变的平缓多了)
xkw1cn
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  • 2010-3-17 21:08:02
 
这RC起了振荡阻尼作用!另一方面;C降低了原固有LC谐振频率。从客观上将电路谐振频率更靠近开关频率。这也降低了波型奇变。
加大L1的值,能更好匹配系统。
星宇
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  • 2010-3-18 10:08:48
 
加大了L1那频率就达不到1。2MHZ了,哈哈。。。。。。。。。。。。。。。
kingguans
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  • 2010-3-18 19:18:06
 
这个压电振子工作时,使水雾化的效果并不好(可能是电压不够),而且易于发热(不知正常状态下的发热是如何)。关于输出变压器后面的匹配电感L 还需要慢慢调试。
以前20K时,次级输出电压为方波,其电流为正弦波。这一点不太明白,能够用什么样的电路来等效?使电压为方波,电流为正弦波。
星宇
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  • 2010-3-18 20:30:37
 
整了半天你这个都不清楚,还说你的工作频率达到1.2MHZ,我晕,怪不得你没看懂我那个波形图哟!串联谐振的电压就是方波,电流为正弦波!你天天向硬开关上面整!
kingguans
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  • 2010-3-19 18:39:31
 
基础没学好!O(∩_∩)O~ 我原以为谐振之后,它们就等效为一个电阻,所以我想电压为方波则电流也为方波了哎!
你的意思说,把变压器输出谐振电路调好,则它前面的开关电路自然会变好??
kingguans
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  • 2010-3-19 20:54:44
 
之前对老师说串联谐振电压为方波,电流为正弦波存在疑问。于是仿真了一下。电路原理图如图1,仿真图如图2.
这个仿真与老师说的并不相似。


图1 原理图



图2 仿真图
xkw1cn
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  • 2010-3-19 21:11:24
 
光记LC了哈!还有个Q那!
kingguans
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助理工程师
  • 2010-3-20 16:49:35
 
查资料在一定LCR电路中,Q值影响的是通频带,如果电路是定频 应该没是影响吧?
http://www.jxdii.gov.cn/zwga/2006/23146.html LC串联谐振回路!
kingguans
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助理工程师
  • 2010-3-20 17:24:11
 
我错了,Q值对电流的波形影响还真不小。
下图是我重新仿真的图(R1=0.01、1、10)的对应波形(青色、红色、蓝色)

kingguans
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助理工程师
  • 2010-3-20 17:27:37
 
谢谢老师指点,以前知道Q值,但对它实际用处并不太了解。非常感谢!
星宇
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  • 2010-3-19 23:06:42
 
你V1的频率是多少啊?
kingguans
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助理工程师
  • 2010-3-20 16:43:33
 
周期为6.3us的方波 看仿真图也能读出1
admin
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  • 2010-3-18 08:34:35
 
楼主精神可嘉 加精本帖
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  • 2010-3-23 18:09:55
 
我觉得是各位版主老大精神可嘉!!!
ericaxzh
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  • 2015-11-23 10:46:33
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大家的讨论氛围是非常好的,这样才能学到东西
zkybuaa
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  • 2011-3-21 10:55:01
 
楼主这个电路是否有最终的结果图?
感觉65 楼的图,并不是特别好,次级电压顶端低频震荡,而且相邻两个方波的震荡频率不一致。
bobins
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  • 2011-3-29 15:18:56
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  • 2011-4-11 22:28:02
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由于其他原因,此频率(1.1M)没继续关注!后来在20k频率下试验的比较多,发现两个IGBT推管,关断时不够彻底。或许65楼电路图中有貌似低频振荡的现象和此有关!
为什么没用MOS管,是因为高频大功率MOS管不常见,所以当时就选择了IGBT。如果选择高频MOS管,或许电路性能才够好!
cdzx11
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  • 2011-4-14 23:46:56
  • 倒数6
 
真是一个固执的家伙,居然用IGBT工作在如此高的频率,还不肯听人劝。
chxhsgzk
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楼主,有空多交流啊,我刚入门
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