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| | | | | 东方只是在nc965斑竹的启发下对交流斩波器产生兴趣,离发表意见还差的很远。
XW:那你就来个抛砖引玉行不行?
东方:恐怕我连什么是交流斩波器也不大清楚,讲出来怕别人笑话。
XW:直流斩波器我知道。
什么是斩波器?
电力变换通常分为四大类:交流变直流、直流变交流、直流变直流和交流变交流。
交流变直流称为整流,
直流变交流称为逆变;
直流变直流是指一种电压的直流变成另一种电压的直流,可用斩波器来实现。
交流变交流可以是电压或电力的变换,称做交流电力控制。
东方:有点意思。是不是可以仿造直流斩波器的概念说“交流变交流是指一种电压的交流变成另一种电压的交流,可以用交流斩波器来实现”?
XW:这个说法也不像是定义。
东方:当然不是定义,你总不能说交流变交流就是“交流斩波”,那岂不是把变压器也归于斩波器啦?
XW:那是不行!
东方:这在直流斩波也一样,并不是所有的直流变直流都是斩波器。比如7812也能改变电压,但就不能叫做斩波器。
XW:可能斩波器是特指那种接在恒定直流电源和负载电路之间,用以改变加到负载电路上的直流电压的一种断续装置。
东方:讲得好!你能不能把它扩展到交流领域呢?
XW:就说交流斩波器是指那种接在恒定交流电源和负载电路之间,用以改变加到负载电路上的交流电压的一种断续装置。
东方:好啊!就这么干!
XW:那可控硅算不算斩波器?用断续方式改变电压?比如是调光台灯:
东方:算倒也可以算上,但在改变电压的同时也改变了波形,不是最好。能不能用高频器件来做开关器件?
XW;这有何难?把可控硅改成IGBT或MOS管不就行了?
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| | | | | | | 哈哈哈!这个交流斩波器倒简单。但还是有整流桥,不是纯交流斩波。请继续呀! |
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| | | | | 东方从来是评论家,现在终于按耐不住,自己开贴了,一定有话说,期待继续。 |
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| | | | | | | 我也是在您的启发和感召下想学习这方面的新技术,请多多指导! |
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| | | | | To:dfjijin
你说的是无整流桥交流斩波。
XW:有啊!用双向可控硅
东方:这个电路好,加上了R1、C1,和nc965斑竹的话题接轨啦!
XW:但那缺点还是存在,波形失真严重,用在调光尚可,要求高的场合恐怕就不好了。
东方:你是说把双向可控硅也换成高频电子器件吧,那也行。 |
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| | | | | | | 其实这种主电路架构早随可控硅的产生而产生,在工业控温领域应用得非常广泛,这种电源在变流行业里面常被称作“调功器”,用来实现对交流功率的控制。 |
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| | | | | XW:那怎么搞呢?
东方:可以仿造单相可控硅改造成双向可控硅的做法,做成并联式;也可以串联起来。有了双向高频功率单元,做交流斩波器就不难了。
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| | | | | | | 看起来是可行的。但不能总是带40W灯泡呀!电感性负载能带吗?期待继续。东方这次不能草草收兵! |
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| | | | | | | | | 带感性负载的关键是吸收回路,这是“交流斩波器非阻性负载及工频吸收”的内容了,请参阅nc965斑竹的有关论述。
XW:但是,电感性负载用这样的电路能行吗?
东方:是啊!这也是我在上述主题帖上的疑问,困难在于,当电感电流被斩波器切断时,它不像电阻那样安静地归零,而是要继续流动。
XW:那不是用吸收电容续流吗、
东方:问题至于,你这吸收电容如果很大,在斩波开关S关断期间,电容相当于短路,对电感而言,还是照样导通,起不到斩波效果,
XW:那就把电容取小点,让电感的电流减小。
东方:那就要花力气呢! |
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| | | | | | | | | | | | | 所有电源能否长期可靠的关键都在于合理的吸收及冗余!
单说说吸收:咱们再学习电路知识的时候,大家都知道在电路中电容电压不能突变,电感电流不能突变。如果在应用中不可避免地要产生突变,那就采取相应措施吸收由于突变而产生的电流尖峰或电压尖峰。在具体选参数时,请记住要看看电容能量公式和电感能量公式!公式会给你提供参考。 |
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| | | | | | | | | 是啊,频率越高,对功率的提升还是蛮有难度的,头痛了我一个月都没搞出更好的办法来 |
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| | | | | | | PWM控制方式没有正弦波的特质,如果那位后生能够搞出个SPWM(占空比100%可调的)控制方式,那就是在此领域立大功了。因为SPWM波包含有较丰富的正弦波属性,不会产生出那么多的谐波。这事如果做成了,对电网该有多好啊。这事如果做成了,对国家、对人民该有多好啊。这事如果做成了,对目前提出并号召的低碳经济该有多大的贡献啊。
这件事对80后、90后的学子们,可能是小菜一碟,因为他们个个都使用电脑的高手。但他们并不是行业里的思想家,必须要结合起来。思想的结合也需要团队精神!
我相信他们一定能做成!并预祝成功! |
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| | | | | | | | | | | 很早就想来了,碰巧今得闲暇。
看到这儿很有生气,向学习的人很多,高兴啊! |
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| | | | | | | | | | | | | 我手很笨,回帖错别字较多,还请各位谅解。
只追求也希望能看点大概意思就达到我的目的了 |
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| | | | | | | | | 呵呵,感兴趣,请问,需要一个什么样的功率TOP,用SPWM上去怎么去控制这个功率TOP呢? |
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| | | | | 谢谢斑竹和各位专家的指导,誓把交流斩波器分析进行到底!请大家继续支持呀! |
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| | | | | | | | | 既然有人支持,咱就要把交流斩波电路进行到底。上次讲到哪里?
XW : 说到用IGBT 组成双向交流开关。
东方:是啊!还可以用MOS 管做开关单元。
XW :和IGBT 不是一样吗?
东方:还有些不同,你看同步整流时就不IGBT ,只用MOS 管
XW :那是因为要求压降小。
东方:那我们斩波器也要求压降小。
东方:上图是用IGBT 的电路,不论是串联还是并联方式,导通时总是通过一个二极管的PN结 和一个IGBT 的正向压降。
而它们当中的任何一个都比MOS 管的压降大。下图就不同了,不论正反方向,都是通过两个MOS ,可以适当选择
通态电阻小MOS 管,使压降很小。提高效率。
XW :这有多大的影响?
东方:不要小看这点压降,可能损耗值相差几倍呢。为了方便起见,今后电路图就用右下方的符号代替双向开关单元。 |
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| | | | | | | | | | | | | 是啊是啊!我也是这样想的。看楼主意思,还是有内容的。加油! |
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| | | | | | | | | | | | | | | 史平君简介
史平君,男,中国兵器工业第二0六研究所特种电源部主任、高级工程师,IEEE会员, 中国电源学会常务理事、中国电源学会特种电源专业委员会主任委员,陕西省电源学会副理事长,西安市电源学会副理事长。专业特长为高压电源、高压脉冲电源,军用特种电源,雷达发射机及导航发射机电源,高能物理及加速器电源,高压充电电源等。Sw5880@126.com 83081718
注册公司是 西安四维电气有限公司 http://www.cnsinewave.com
产品为各种特殊的脉冲高压电源,特种高压电源。 |
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| | | | | | | | | | | | | | | | | 这个话题还有朋友关心啊!那就继续。
XW :先简要回顾一下前面的内容吧?
东方:好的。
l 我们讨论的交流斩波器是指那种接在恒定交流电源和负载电路之间,用以改变加到负载电路上的交流电压的一种断续装置。
l 可控硅在工业控温领域应用得非常广泛。但在改变电压的同时也改变了波形,这里不是讨论可控硅电路。
l 交流斩波器的功率器件是双向交流开关。
l 交流斩波器的关键在于电容能量和电感能量的合理吸收和有效控制。
XW:如果整流之后再逆变,改变了电压,算不算“交流斩波器”?
东方:本课题中这个不讨论,我们的目的是找到直接改变交流电压的方法。否则变成逆变器研究了。
XW:有了双向开关,这个交流斩波器就简单了。
东方:那你试一试?
XW:就这样不就好了?
东方:这不还是上次的电路吗?即使对电阻性电路可行,关键是如果负载是一盏日光灯,行不行呢?
XW :相当于图二的电路,俺就是要加吸收了。在S 上加RC 吸收。
东方:这还是有问题的。假设这是正半周,S 断开时,电感电流流入C ,且要保证不超过S 的反压,注意在整个S 截止的时间都要续流,C 不能太小;但也不能太大,以免影响S 的工作。而且在S 导通时C 要通过S 放电,造成能量的损失。
XW :那我把C 接到负载上。
东方:那也是不行的。负载上的电流是低频正弦波,不能在每个开关周期内都吸收到零,而S导通时C上的电荷也会通过S卸放,造成能量的损失。
XW :难怪古树先生说“电源能否长期可靠的关键都在于合理的吸收”
东方:赶快请教大师。 |
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| | | | | | | | | | | | | | | | | | | 看来,这大师也不是说来就来的,咱俩再接着聊。
XW :要说这电感性负载,最好的办法是续流,而不是吸收。
东方:这个思路好,直流电路经常用到续流二极管。
XW :可是,用于交流不行,不知道什么方向。
东方:那好办,我们有双向开关呀,甭管什么方向,到时候让它导通就是了。见下图:
XW :你是说续流S和主开关S 工作状态永远相反,是吗?
东方:对,当S 导通时,续流S是截止的,而当S 截止时,续流S 双向导通,不论是正半周还是负半周,它都可以续流。
XW :有点像同步整流啊。它对负载有何要求呢?
东方:适用于电阻性电路、电感性电路及其组合。
XW :电容性电路呢?
东方:如果是纯电容肯定是不适合的。如下图左:
东方:左图在S 导通时没有限流器件,等于每个周期都要经历一次冲击考验。
XW :可能是第一个周期接通的瞬间冲击电流最大,因为不知道电源的相位角,但只要有适当的开机防浪涌措施,以后的冲击就会很小。
东方:但不可避免每次S 的开通都是一次电容无电阻的无穷大过渡过程,而这个过程伴随着能量的辐射等损耗,是不可取的。
XW :如果在电容中串联一个电阻呢?
东方:有意加电阻会消耗能量,也不可取,但若原来负载里就串有电阻,还是可以工作的。而且阻容串联电路没有续流的问题,无需续流S 。
XW :那好呀,交流斩波方式实用的负载已扩大到阻性、感性和阻容串联型。
东方:还是看各位前辈和专家怎么讲吧! |
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| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 学习了。
提一个问题,这个波形还是不是正弦波啦?效果比可控硅好吗? |
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| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 对于电阻性负载的波形,如下图:
东方:这是一个调光电路,波形是PWM波,但整个波形的包络是正弦波。
XW:这种波形的灯发光效果怎样呢?
东方:和可控硅不同的是,由于是高频调制,灯光的视觉效果更好,无闪烁。因为白炽灯属于有一份热发一分光,而温度是不可能变化太快的,所以发光效果和正弦波是相同的。同时功率因数也比较高。
XW:那么感性负载的电路波形怎样?
东方:电感的电流和灯炮温度一样,不能突变,由于续流S的作用,当主控S截止时,电流不会中断,所以电流波形就是正弦波。
XW:那电压波形呢?
东方:还是正弦包络的PWM波。 |
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| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 谢谢回复。交流斩波器对不同的负载采取不同的对策,这种思路对直流电源有没有可以借鉴之处?是不是可以设计出更有针对性的高性能/低成本的电路来? |
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| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 东方:这是个很好的思路。交直流电路也要互相学习共同进步。
XW:直流开关电源能向交流斩波器学什么?
东方:负载针对性。比如LED灯和充电器,就可以用PWM波工作,使开关电源非常简化。
XW:电感性负载如直流电动机,也可以这样。
东方 :同时,交流斩波器也要向直流学习,设计出更加规范的适用各类负载的通用斩波器来。 |
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| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 请参阅20楼说明。是组合器件的符号。请提宝贵建议。谢谢! |
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| | | | | | | | | | | 东方老师,这两个MOS管驱动不好做啊,有没有比较成熟的驱动电路呢 |
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| | | | | | | | | | | | | | | 没做过类似的驱动,希望蓝色天空兄不吝指教啊,谢谢了 |
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| | | | | | | | | | | | | | | | | | | jpvnui:东方老师,这两个MOS管驱动不好做啊,有没有比较成熟的驱动电路呢
东方:老师的当不了,我也没有做过……
XW:向大家请教吧!
蓝色的天空:并一起驱动不是很简单吗!
XW:好办法啊!
东方:谢谢两位的关注。几种双向开关单元中,串联方式的驱动比并联方式的容易处理。先考虑降压式电路。即使是直流降压电路也要认真对待,用NMOS 管就不太方便,所以有时用PMOS 管,还为此设计了专用IC。
XW:如果用NMOS怎么办?
东方:如果有一个高于输入电压的辅助电源也可以,或者用隔离驱动。
XW:交流斩波用什么方式驱动?
东方:具体分析一下:BUCK电路
东方:由于源极不和电源的任一极相连,直接驱动有困难。这有点类似于桥式电路。
XW :那桥式电路是怎样驱动的?
东方:参考一下吧。这是一个用光耦隔离的驱动方式。注意光耦的频率响应。
XW:这个电路有隔离,有倒向,可以借鉴。但PC817行吗?
东方:Response time(响应时间)3、4μS,最长18μS。
XW:如果要提高频率怎么办?
东方:可以用专用的驱动光耦,如TLP250,Propagation delay time (延迟时间)0.15μS,最长0.5μS
XW:那是快多了。
东方:但响应总有点慢,驱动IGBT单元较好。看下图行不行?功率大时要有驱动放大。
XW :驱动MOS单元 也行吗?
东方:频率高时效果不好,是否可以用脉冲变压器隔离。请专家指正! |
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| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 如果将这个方法应用到交流BUCK电路中仍然感到有些欠妥。我这里画了一个单相交流BUCK电路草图。
Q1那里会形成一个GND1,Q3那里会形成一个GND2,输出那里有一个GND3,驱动有两个地,由于TLP250这里的隔离。它后面的控制器的两个地是可以和输出地进行多点共地的,但是GND1和GND2如何处理呢?
在交流电的正半周,充电阶段,Q1、Q2导通,Q3、Q4关闭,GND1比GND3高VQ2on+VL+Vo,GND2比输出地GND3高VQ4d;续流阶段Q1、Q2关闭,Q3、Q4导通,GND1比输出地GND3高VQ2d+VQ3on+VQ4on,GND2比输出地GND3高VQ4on;如何实现有效的共地呢?
注:VQ2d、VQ4d为Q2、Q4上内置续流二极管上的正向压降。VQ1on、VQ2on、VQ3on、VQ4on为开关管导通电压。
AD09版的草图附上:
单相交流BUCK电路.rar, 还请东方先生继续指点啊! |
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| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | jpvnui :Q1 那里会形成一个GND1 ,Q2 那里会形成一个GND2 ,输出那里有一个GND 。如何处理?
东方:谢谢jpvnui 先生的设计,考虑周到,很有启发。
XW :几个不同的GND 怎么处理?
东方:还是可以借鉴桥式电路的驱动。看一下三相逆变器的六个开关单元含驱动的模块:
XW :它有没有共地的问题?
东方:肯定是有的啦。
XW :6 个单元6 个地?
东方:也不用6 个地,三个下臂是共地的,而三个上臂都要独立地。
XW :也就是说要4 组独立电源?
东方:是啊!
XW :那行。交流斩波要三组电源,推动信号和输出共地,一组5V 电源供单片机,还有两组24V 独立电源分别驱动两个双向开关单元。但是,这么多独立电源是不是很复杂?
东方:也就是在辅助电源变压器次级加两个线圈。
XW:jpvnui先生在开关单元上还加上了RCD吸收。考虑很周到,但这是加在DC-DC电路的吸收,有方向性,交流斩波也能这样做吗?
东方:这个nc965先生有专论“交流斩波器非阻性负载及工频吸收”,jpvnui先生一定是知道的。也请大家多发表意见啊! |
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| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 当时还没有考虑到吸收的方向问题,看了李工的交流斩波器非阻性负载及工频吸收帖子中东方先生恢复的RCD双向吸收电路才有所了解,非常感谢东方先生的妙手回春啊。 |
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| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 按照东方先生推断来看,上面的那个交流斩波器就得两个独立的电源供驱动,在电源上进行隔离了。
另外想请教东方先生一个问题就是这个的PWM控制问题,因为交流斩波器并不像普通的斩波器,输入电压刚开始就比输出电压高,而是经过一段时间才比输出电压高,然后维持一段关系后,又比输出电压低,那么我们是检测过零信号对这个PWM进行控制还是对比输入和输出的关系对这个PWM进行控制呢? |
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| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | jpvnui:交流斩波器并不像普通的斩波器,输入电压刚开始就比输出电压高,而是经过一段时间才比输出电压高。
东方:不是这样的吧?输出也是交流电,如果从0V开始,一有电压输入电压就比输出电压高。 |
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| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 谢谢蓝色的天空专家指正。
XW:看来蓝色的天空认为用隔离变压器驱动不应该有什么问题存在。
东方:那我也就放心了。
XW:有没有参考电路?
东方:有的。用于不对称半桥的驱动电路如下图所示,应该可以用在交流斩波器中:
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| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 一般接MOS-G都是用PNP加速关断,你这个用NPN也不错哈,能说说两种有差异吗? |
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| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | XW:蓝色的天空说的“一般接MOS-G都是用PNP加速关断”是怎样的电路?
东方:可能是这样的:
XW:有什么不同吗?
东方:稍有不同。PNP加速关断时B极电压来自MOS-G极电容电压;而NPN加速关断时B极电压,和驱动线圈的反压也有关。导通可能会更充分一些,但实用上差别不大吧?请蓝色的天空发表高见。 |
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| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 这两个电路是对称的,都不是标准的射随器吧。
为了适应占空比的大范围变化,次级用了直流电平恢复电路,又为了提高动态响应速度,采用了 李氏光耦驱动变通。
如下图:
XW:前沿延时驱动是什么作用?
东方:光耦的速度较慢,加了延时,可使信号适当滞后,尽量和光耦合拍。例如可避免关断时,T的加速关断受影响。
带来关断速度减慢的问题。 |
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| | | | | | | | | | | | | | | | YTDFWANGWEI- 积分:109774
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- 主题:142
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- 帖子:45909
积分:109774 版主 | | | | | | | | | | | | | | | | | 前沿延时应该是上升沿延时,怎么会跟关断时候与有关系呢?能否解释一下? |
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| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 王总驾到。
这个是和李氏的不同意见。我认为后沿也要延时,而且是更重要的延时,否则就起不到防止共态导通的作用了。
YTDFWANGWEI:怎么会跟关断时候与有关系呢?
东方:李氏驱动要求关断时T导通,从而保证S可靠截止,这就要求光耦在信号关断的一瞬(即下降沿)立即由导通转为截止。但光耦的动态响应较慢,来不及让T 导通,所以S的关断就不是那么可靠。
XW:即使T未导通,信号下降沿之后,不也叫S关断了?有关系吗?
东方:哎呀!这不是考虑占空比大幅度快速变化的情况吗?这时发现S关断不可靠,才设计李氏光耦变通吗?但若最需要T导通的一瞬间它不动作,这个设计效果就不够完美了。
XW:怎么办呢?
东方:要叫光耦加速有点困难,所以让信号延时几μS,和光耦同步到达就好了。 |
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| | | | | | | | | | | | | | | | | | YTDFWANGWEI- 积分:109774
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- 主题:142
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- 帖子:45909
积分:109774 版主 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 原理我还没搞明白,但至少你的描述跟图是不符的。
而且记得这个李工说加这个光耦的目的不是每个周期都要起作用,而是在大占空比情况下突然关机的时候起作用,也就是防止突然关机炸管。我理解是这样的。因为按照你提到的参数,PC817的延时好几个US,要是每个周期都要延时这么多,那频率是不是要很低?
也许我还没有理解设计者的思路。 |
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| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | YTDFWANGWEI :原理我还没搞明白,但至少你的描述跟图是不符的。
东方:图是这样的,行不行:
东方:原理不是按“前沿延时驱动”字面理解的。实际上就是“延时驱动”,这是李氏驱动的实质。如果一定要按前沿延时,那反而不符合李氏的本意。
YTDFWANGWEI :要是每个周期都要延时这么多,那频率是不是要很低?
东方:也不会,整体延时,频率是不变的,反之,如果仅仅是前沿延时,那脉宽不是变窄了?
YTDFWANGWEI :李工说加这个光耦的目的不是每个周期都要起作用,而是在大占空比情况下突然关机的时候起作用。
东方:目的是防止大占空比情况下突然关机的时候,C2 上面电压较高,而关断的负电压不够高,加上C2 电压后,到MOS 管的驱动电压是正电压,所以MOS 关不断。为了解决这个问题,设计了光耦变通和延时驱动。
XW:是不是每个周期都起作用?
东方:当然。就像全在线UPS,为了停电的一瞬间电脑不掉电,逆变器可是一直工作的。
XW:时刻准备着。 |
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| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | YTDFWANGWEI- 积分:109774
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- 主题:142
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- 帖子:45909
积分:109774 版主 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 你可以跟李工交流一下,我觉得他的意思不是这样的。我记得他提到前沿延时触发,后沿不延时关闭。你可以去看看。 |
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| | | | | 东方兄好久不来这个话题了,但好像还没有完吧?请继续发表啊!能不能进行实用化试验?想请教驱动部分怎么做?大功率行不行?经济效益如何? |
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| | | | | | | 关于交流斩波器件的驱动,串联方式比较简单,接近于开关电源的需要隔离驱动的电路。但并联方式的比较复杂,统一组件的两个单元也要隔离。所以一般以串联方式为好。
东方:上次, 交流斩波方式实用的负载已扩大到阻性、感性和阻容串联型。但对纯电容电路不适用。
XW:能不能有一通用电路,适用于各种负载?
东方:可以啊。玉兔昇讲到交流斩波器对不同的负载采取不同的对策,这种思路对直流电源有没有可以借鉴之处?我想,用逆向思维方式,交流斩波电路是不是更应该向直流斩波电路学习呀?
XW:直流斩波有三种方式:buck、boost和buck-boost电路。
东方:交流斩波也可以有三种通用电路。
XW:先看buck电路直流是这样:
东方:那就有交流buck电路:
XW:我有直流boost电路:
东方:我有交流boost电路:
XW:我有直流可升可降buck-boost
东方:我也有交流可升可降buck-boost电路:
XW:嗨!他这倒简单。举三返三呀!
东方:这叫做扩展思维。 |
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| | | | | | | | | 东方老师你好。
对于交流斩波电路中的触发角自动调节,除了软件控制模式外,有没有硬件可以实现? |
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| | | | | | | | | | | 用传统的PWM控制芯片应该也是可以的,也就是用DC-DC电路的技术移植到交流斩波器中来。 |
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| | | | | | | | | | | | | 谢谢东方老师知道。只是 传统的控制模式有一点点小问题,想在请教你!
1. DC-DC的模式,因为没有过零检测电路,所以,触发脉冲的位置将很难选择。
2. 如何根据可控硅整流后负载电压值自动调整导通角,改变可控硅的触发时间点,从而保持负载上的电压不变。 |
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| | | | | | | | | | | | | | | XW:59楼dxb0571先生考虑的是可控硅触发电路,输出是直流。
东方:哦!是可控整流电路啊。和本话题的主题有所不同。这里主要考虑的是不经直流环节进行交流斩波,输出的还是正弦波交流电。可以表示为AC-AC方式。这种方式可以用传统的PWM控制芯片,把DC-DC电路的技术移植过来。 |
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| | | | | | | | | 中英对照两位蓝天大师光临寒舍,顿觉蓬荜生辉。敬请赐教。不胜感激。 |
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| | | | | | | | | | | | | 紧跟东方老师学习是------------必须的 ~ |
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