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【讨论】变频电源、逆变器最佳工作拓扑
阅读: 10380 |  回复: 81 楼层直达

2014/04/15 17:07:04
1
javike
电源币:2921 | 积分:67 主题帖:175 | 回复帖:3100
LV12
元帅

QQ截图20160321155901  【活动进行中……】礼遇感恩节!参与顶楼  免费送仪器

QQ截图20160321155901   【风采汇】参与有奖!获奖作品分享大赛



开关电源工程师和变频电源接触颇多,而且其可靠性也是非常高的,研发实验时的各种不可预计的负载状况都能适应。

出于好奇,最近拆解了好几台变频电源,研究研究。。。。

最后发现,变频电源的工作方式常见的就是三种:(那种直接市电整流H桥工频的山寨货除外)

1. 采用工频变压器工艺:前级PFC升压,后级H桥SPWM工频变压器隔离变流。

 优点:成本低,耐冲击。

 缺点:效率低,变频范围窄,无波形库,只能输出交流。

下面的这张图就是这种方工艺的:


2. 采用高频变压器工艺:前级PFC升压,再PWM隔离变压,后级H桥SPWM电感变流。

 优点:效率高,可输出直流,相位可预置,可并联,可阵列

 缺点:动态响应差,变频范围窄,高频输出失真大

 下面2张图都是采用这种工艺的:

 

 


3. 采用无变压器无电感工艺:PFC升压加PWM隔离变压供电,功率放大器直接放大输出。

 优点:失真极小,变频范围极宽,相位可预置,可并联,动态响应好,极广泛的波形库,可模拟各种失真源。

 缺点:成本高,效率低。

 下面的这张图就是采用这种工艺的:

 

我们目前常见的逆变器或变频电源都是采用前2种方式,第3种方式市面上见到的产品极少。

在实际应用中,到底是哪一种方式的变频电源/逆变器最好呢?

欢迎大家讨论交流,各抒己见。。。。。


标签 逆变器
2014/04/15 17:08:50
2
电源网-静静
电源币:4918 | 积分:5011 主题帖:359 | 回复帖:528
LV9
军长
欢迎大家发表言论
2014/04/15 18:21:32
3
狼牙月
电源币:110 | 积分:0 主题帖:0 | 回复帖:9
LV3
排长

采用无变压器无电感工艺:PFC升压加PWM隔离变压供电,功率放大器直接放大输出。

这个没有接触过,不知道这个变频范围能达到多少。

2014/04/15 18:25:48
4
javike
电源币:2921 | 积分:67 主题帖:175 | 回复帖:3100
LV12
元帅

理论上是可以上GHZ,比如做成射频功率放大器。

因为它根本不存在基波和载波的概念。

2014/04/15 19:16:11
5
zvszcs
电源币:104 | 积分:0 主题帖:228 | 回复帖:3330
LV12
元帅
你要是把他抄出来就NB啦
2014/04/15 19:22:04
6
javike
电源币:2921 | 积分:67 主题帖:175 | 回复帖:3100
LV12
元帅

买这货时让老板送了一块驱动板,老化死活不愿意送功率板,

因为功率板一个500W的模组散热器两边的主功率管就有24个,说二手市场的价值都在1000+RMB,

1KVA的变频电源上用了2个模组,48个功率管,上面的图就是1KVA的。

4个变压器是单独的输出,

高压模式输出时全串,做正负400+V供电电源,

低压模式输出时2并2串,做正负200+V输出。

功率级工作在BTL和OCL切换

2014/04/15 19:23:14
7
javike
电源币:2921 | 积分:67 主题帖:175 | 回复帖:3100
LV12
元帅
这货业余抄出来也很难抑制自激呀
2014/04/15 19:29:30
8
米老鼠
电源币:1022 | 积分:0 主题帖:9 | 回复帖:383
LV8
师长
就是太重太庞大
2014/04/15 19:43:39
9
zvszcs
电源币:104 | 积分:0 主题帖:228 | 回复帖:3330
LV12
元帅
好开个拆机板块了,也搞个交换板块
2014/04/15 21:33:29
11
廖远方
电源币:21 | 积分:5 主题帖:18 | 回复帖:1260
LV9
军长
完全支持这个建议.100%支持
2014/04/15 21:48:36
12
javike
电源币:2921 | 积分:67 主题帖:175 | 回复帖:3100
LV12
元帅
这个可以有,但是跑题了。。。
2014/04/15 21:19:57
10
IGBT2010
电源币:189 | 积分:0 主题帖:17 | 回复帖:478
LV8
师长
学习了!!
2014/04/16 08:41:48
13
wangshujun
电源币:30 | 积分:0 主题帖:11 | 回复帖:433
LV8
师长
第三种就是线性放大器,效率很凄惨的,其实追求效果的完全可以用音频功放配合信号源来做,要求效率的用d类5khz还是很轻松达到的,要求信号质量的用ab类估计30khz问题不大。这样的放大器并不难找的
2014/04/16 12:32:10
14
javike
电源币:2921 | 积分:67 主题帖:175 | 回复帖:3100
LV12
元帅

目前还只发现鬼子用这种方式做,不过这种方式的效果的确非常好。

2014/04/16 13:12:34
15
hnzkwz
电源币:51 | 积分:1 主题帖:20 | 回复帖:502
LV7
旅长
第三种原来就是个功放
2014/04/16 16:36:47
16
yueyunno1
电源币:26 | 积分:40 主题帖:20 | 回复帖:331
LV9
军长
不错的帖子!
2014/04/16 19:21:10
17
javike
电源币:2921 | 积分:67 主题帖:175 | 回复帖:3100
LV12
元帅
就是个功放,但设计难度比普通的功放高多了
2014/04/16 19:25:12
18
yueyunno1
电源币:26 | 积分:40 主题帖:20 | 回复帖:331
LV9
军长

不错,很牛的功放!

2014/04/17 09:00:49
19
wangshujun
电源币:30 | 积分:0 主题帖:11 | 回复帖:433
LV8
师长

相比于hifi功放的要求不算高,只不过是高压输出,常规功放不会用这么高的电压输出而已,大功率的功放为了长距离传输配变压器的时候就能轻易做到的

不过这个一般带宽都能到50khz左右,用来做变频电源浪费了点,关键是平均效率大约只有30%,发热太大了

h桥逆变的做到300hz以上的带宽和特殊波形也是可行的,效率达到95%以上,性价比更好。

2014/04/17 09:13:28
20
javike
电源币:2921 | 积分:67 主题帖:175 | 回复帖:3100
LV12
元帅

这点我不认同。

按照功放的标准,都是标的峰值功率,而且功放在测试标准里也只是带很小的负载进行测试,连半载都不到,1000W的功放,实际按标准测试就200-300W。

而做变频电源,电压要正负400V以上,而且持续功率1000W,电路如果有一点自激就全炸了。

另外,普通的基波和载波50HZ和20K左右的,输出300HZ是波形失真得不能看,而且在低频40HZ一下,情况更糟糕,更别说0-1KHZ了

2014/04/17 09:30:46
21
wangshujun
电源币:30 | 积分:0 主题帖:11 | 回复帖:433
LV8
师长

做逆变方式的输出基波是载波的1/30就能得到说的过去的正弦,如果输出基波是载波的1/300那么大多数的常用波形都能出得来,载频高失真就小了。

功放那边的问题,kw级以上的一般不再虚标,但是连续工作能力一般受限制很多,主要是散热和供电方面,电功率本身一般都还扛得住。现在对于这个频段的失真和自激的处理不算难度。线性功放上百kw的都有。

虚标主要发生在民用场合,不过最近虚标除了山寨的也很少见到。

2014/04/17 10:03:30
22
javike
电源币:2921 | 积分:67 主题帖:175 | 回复帖:3100
LV12
元帅

你了解一下功放的安全测试标准就知道了,上百KW级的实际测试也只是1/5左右负载进行测试。而电源是在100%负载测试。同时他们的测试指标也有着很大的区别。这不是虚标的问题。

做逆变方式的输出基波是载波的1/30就能得到说的过去的正弦”,我用EG8010测试过他的调频功能,载波23.4K不变的情况下,输出20HZ,那波形已经严重失真了,输出200HZ也严重失真了。当然,这并不是说所以的MCU都不能做到,但载波20K左右,输出20HZ的波形而不严重失真的变频电源也不多。

2014/04/17 10:35:23
23
wangshujun
电源币:30 | 积分:0 主题帖:11 | 回复帖:433
LV8
师长

d类功放大约载频都是300-500k的

8010的8位机运算受限制,另外他的ad也是和pwm也不强,要想做大范围调频的必须要更强的处理器才是,以前测试过用20k载频的时候低于100hz的基本都看不到明显的失真的,不过没有测试闭环的情况

2014/04/17 10:46:13
25
javike
电源币:2921 | 积分:67 主题帖:175 | 回复帖:3100
LV12
元帅

目前市面上大多数载波20K的变频电源,变频范围都是40-550Hz之间,高了不行还能理解,但低了也不行。很是郁闷。

一个不得不承认的事实,鬼子的变频电源做得还真不错,效果秒杀国产(包括台湾)的。

他们同样是用SPWM变频的,频率却可以从0其调,而且波形很漂亮,但上限也只是550HZ,

而且采样功放形式的变频电源,基本都是鬼子的,频率0-2KHZ的都有,0-1KHZ的很普遍。

2014/04/17 10:55:04
27
wangshujun
电源币:30 | 积分:0 主题帖:11 | 回复帖:433
LV8
师长
如果没有输出变压器,从0开始没什么难度,最大的改变就是反馈要做瞬时值反馈了,技术上没有太大的限制,spwm方式对于没有输出变压器的场合,高压高频率开关的损耗太大,载频不适合做的很高,因此上限频率也会受到很大的限制,如果载频是50k,500hz的时候每个周期是100个点,纯正弦看起来还不错,要加点其他的花样就不太好了,比如弄一个马鞍形状什么的。
2014/04/17 11:22:58
29
javike
电源币:2921 | 积分:67 主题帖:175 | 回复帖:3100
LV12
元帅

嗯,50K载波500HZ基波的波形应该还是不错的,但对于20K就很难看了,而且现在多数MCU固化程序的芯片都是为了满载IGBT而做成20K。

如果要输出1KHZ甚至2KHZ,SPWM的载波频率就得100K以上了,这种硬开关下的开关损耗非常可观,包括仪器有名的CHROMA也很少有1K-2K的变频电源产品。

2014/04/17 10:38:31
24
wangshujun
电源币:30 | 积分:0 主题帖:11 | 回复帖:433
LV8
师长
功放的功率测试要保证段时间能达到不失真功率,但是考虑到应用场合的输出特点,电源和散热器都不会做成满额度的,并不是功放电路达不到标称功率。
2014/04/17 10:49:32
26
javike
电源币:2921 | 积分:67 主题帖:175 | 回复帖:3100
LV12
元帅
实验室多功放进行测试安全测试都只是带1/5左右的负载测试,证书的报告上却是按满功率标的,而且根据测试标准也的确是不需要满载测试。所以我一直认为市售普通的功放并不能持续输出标称的功率(DIY的除外)
2014/04/17 10:56:52
28
wangshujun
电源币:30 | 积分:0 主题帖:11 | 回复帖:433
LV8
师长
完全同意,因为散热和电源都远远不够,从应用的角度来说也完全没有需求,但是可以确定的是满功率消耗掉主滤波里面的电能是不会有问题的
2014/04/17 11:23:50
30
javike
电源币:2921 | 积分:67 主题帖:175 | 回复帖:3100
LV12
元帅
那是电容瞬间放电输出的峰值功率,严格来说是瞬时功率
2014/04/17 11:35:28
31
wangshujun
电源币:30 | 积分:0 主题帖:11 | 回复帖:433
LV8
师长

大功放里面的电容很大的,能支撑的时间是秒级的,对于高频电路来说基本上和连续已经差不多了

最难满足的其实是散热需求,太难了

2014/04/17 11:40:58
32
javike
电源币:2921 | 积分:67 主题帖:175 | 回复帖:3100
LV12
元帅
到不了秒吧,一下就削顶了,实际表现是幅值低了,功率就低了
2014/04/18 13:01:36
34
yueyunno1
电源币:26 | 积分:40 主题帖:20 | 回复帖:331
LV9
军长
很有技术含量的一个帖子,可望不可即呀!学习中!
2014/04/24 10:09:32
53
yaaofa
电源币:87 | 积分:0 主题帖:3 | 回复帖:17
LV3
排长

线性变频电源国内也有好几家在生产啊。

2014/04/24 10:18:04
54
javike
电源币:2921 | 积分:67 主题帖:175 | 回复帖:3100
LV12
元帅
你那是说的用工频变压器的那种吧,和这种线性放大的完全不是不一样
2014/04/17 12:25:34
33
小矿石
电源币:1061 | 积分:1 主题帖:69 | 回复帖:1084
LV10
司令

好东西

2014/04/19 15:45:24
35
zhang_min9861
电源币:103 | 积分:13 主题帖:12 | 回复帖:147
LV6
团长

我理解的变频电源是逆变电源的一种,只不过为了满足特定负载,改变交流的输出方式,因此至于用哪中拓扑做哪种电源,个人理解还是要看负载是什么?当然随着电力电子技术的发展,我相信笨重的工频迟早会被轻便的高频锁替代(就纯逆变来说,工频相对于高频已经不存在价格优势),之所以现在工频还盛行 ,主要是批量应用时有些担心高频的稳定性,高频也是最近这两年发展迅速的!至于楼主说的第三种功放方案,说实话,我也就见过一次,加这次算是第二次,当时见到很震惊(以前一点也不了解功放,觉得这么做很厉害),其实现在想想也确实厉害 ,但是其高昂的成本是制约发展的瓶颈(个人认为)!在特殊场合不排除必须使用这种方案的产品,但是普通工业用,这种要普及,路还挺远!所以无论是逆变电源还是变频电源(只要需要变压器升压),个人认为高频会淘汰工频,当然有相当多的领域逆变前级有可能会被BOOST取代,因为BOOST成熟性和成本性太诱人!一家之言,不当之处请拍砖!不过最后强调下:楼主司令的境界已经脱离了单纯去研究部分小功能电路的范畴,再关注大方案的对比,这等境界我等入行不久的人需要多多学习!

2014/04/20 21:33:00
36
黄丙元
电源币:35 | 积分:2 主题帖:5 | 回复帖:301
LV6
团长
确实不错,值得研究学习。学习分享!
2014/04/22 07:58:51
38
javike
电源币:2921 | 积分:67 主题帖:175 | 回复帖:3100
LV12
元帅

BOOST不隔离,如果用BOOST还得加一级做隔离,那效率就低了,成本也没啥优势了。。。

如果你说的是周老师的那种双BUCK改进为双BOOST,那等效和第2种还是一样的,需要前级升压,而且后级也需要大电感。

2014/04/22 08:51:32
39
wangshujun
电源币:30 | 积分:0 主题帖:11 | 回复帖:433
LV8
师长

变频电源通常是测试场合,相比于工频变压器隔离来说高频隔离在性能上有优势,缺点是会有高频带来的漏电流

2014/04/22 16:56:20
43
javike
电源币:2921 | 积分:67 主题帖:175 | 回复帖:3100
LV12
元帅
工频的模拟不了上电的冲击,而且内阻比较大,高频应该没有反向漏电流的问题吧
2014/04/22 09:34:34
40
zhang_min9861
电源币:103 | 积分:13 主题帖:12 | 回复帖:147
LV6
团长

好多电源现在已经开始没有隔离指标了,以前美国要求必须要隔离,现在听说也取消 了!

2014/04/22 09:37:39
41
wangshujun
电源币:30 | 积分:0 主题帖:11 | 回复帖:433
LV8
师长
应用型电源一般没要求,但是变频电源大多数是用来做测试的,还是隔离的好
2014/04/22 10:51:19
42
zhang_min9861
电源币:103 | 积分:13 主题帖:12 | 回复帖:147
LV6
团长

一直没做个试验电源,基本上做的还是应用的电源

2014/05/01 19:36:39
56
javike
电源币:2921 | 积分:67 主题帖:175 | 回复帖:3100
LV12
元帅
仪器电源和应用电源的指标有很大的差别的
2014/04/22 16:56:36
44
javike
电源币:2921 | 积分:67 主题帖:175 | 回复帖:3100
LV12
元帅
不隔离不小心会搞死人的哦
2014/04/22 16:58:21
45
zhang_min9861
电源币:103 | 积分:13 主题帖:12 | 回复帖:147
LV6
团长
不隔离也是符合安规的!不会那么容易电人的!
2014/04/22 17:02:26
46
javike
电源币:2921 | 积分:67 主题帖:175 | 回复帖:3100
LV12
元帅
有点乱搞了,伤不起,我是不敢用这样的东西
2014/04/22 17:08:48
47
wangshujun
电源币:30 | 积分:0 主题帖:11 | 回复帖:433
LV8
师长

现在光伏逆变器都不是隔离的,变频器也都不隔离

看应用场合吧

2014/04/22 17:26:43
48
javike
电源币:2921 | 积分:67 主题帖:175 | 回复帖:3100
LV12
元帅
那不一样,工程师用的变频电源要是都不隔离,估计每天都有人被电
2014/04/22 17:34:16
49
wangshujun
电源币:30 | 积分:0 主题帖:11 | 回复帖:433
LV8
师长
对于实验电源不但要隔离,最好是工频变压器隔离,高频的漏电都感觉偏大,有时候测试的时候都会烧掉东西
2014/04/22 17:36:28
50
javike
电源币:2921 | 积分:67 主题帖:175 | 回复帖:3100
LV12
元帅
隔离输出的L,N对大地是没有电势的,怎么漏电?往哪漏?你用的是山寨货吧
2014/04/22 17:38:34
51
wangshujun
电源币:30 | 积分:0 主题帖:11 | 回复帖:433
LV8
师长

高频隔离的都有明显的泄漏,开关电源也都有,安规电容带来一部分,变压器的绕组的高频耦合也会带来一部分

工频的漏电流就非常小了,作为仪器这一点的差异还是能感受到

2014/04/22 17:54:38
52
javike
电源币:2921 | 积分:67 主题帖:175 | 回复帖:3100
LV12
元帅
我拆过的高频变频电源貌似都没有输出接Y电容的哦,上次拆过1台,连辅助电源都没有Y电容,我看着都很担心它的干扰,但它还算是大品牌的东西。
2014/05/24 10:40:47
60
hw865
电源币:2 | 积分:10 主题帖:0 | 回复帖:257
LV6
团长

没有Y电容,开关电源通过初次电容耦合的能量也不小。

2014/04/21 09:45:49
37
qinzutaim[版主]
电源币:3747 | 积分:147 主题帖:38 | 回复帖:3824
LV11
统帅
好帖子,偶也MARK一个
2014/04/25 18:34:23
55
243076011
电源币:0 | 积分:0 主题帖:0 | 回复帖:18
LV2
班长
长见识了
2014/05/03 10:47:30
57
nyh20028319
电源币:0 | 积分:1 主题帖:20 | 回复帖:99
LV5
营长

有点像艾默生的电源

好难弄,这种电源,现在还是比较困难。

 

 

2014/05/03 11:00:34
58
javike
电源币:2921 | 积分:67 主题帖:175 | 回复帖:3100
LV12
元帅
爱默生的哪款电源?有图吗?贴上了学习下。。。
2014/05/20 12:50:45
59
wslaurora
电源币:2 | 积分:0 主题帖:0 | 回复帖:8
LV1
士兵
在电力行业所用继保测试仪或RTDS里面功率模块均采用第三种方式,DA+功放,以获取高品质,良好动态响应的信号源。
2014/06/04 11:01:52
61
张博
电源币:0 | 积分:0 主题帖:0 | 回复帖:1
LV1
士兵
学习了,罚顶贴,嘻嘻
2014/06/05 10:58:34
62
hw865
电源币:2 | 积分:10 主题帖:0 | 回复帖:257
LV6
团长
最后一台 不就是一台 信号发生器 + 甲乙类功率放大器吗? 说难也不难!就是陈本太高
2014/06/21 15:59:19
63
不进则退
电源币:3 | 积分:0 主题帖:5 | 回复帖:97
LV5
营长
.
2014/12/11 10:57:49
64
peter_yu
电源币:3 | 积分:0 主题帖:0 | 回复帖:90
LV4
连长
学习啦,长见识。
2015/01/27 11:53:07
65
电源网-璐璐
电源币:1092 | 积分:86 主题帖:295 | 回复帖:1519
LV10
司令

好贴,已经被收到电源达人秀中了,查看请扫描

2016/12/01 16:13:58
69
javike
电源币:2921 | 积分:67 主题帖:175 | 回复帖:3100
LV12
元帅
2016/02/19 23:30:52
66
200808liu
电源币:25 | 积分:0 主题帖:0 | 回复帖:76
LV4
连长
2016/02/20 21:58:56
67
416775364TP
电源币:0 | 积分:0 主题帖:2 | 回复帖:16
LV3
排长
都是那些家的产品。
2016/02/22 07:54:42
68
yjiao
电源币:99 | 积分:0 主题帖:0 | 回复帖:12
LV2
班长
学习学习,谢谢楼主分享
2016/12/08 10:43:14
70
lxgmvp
电源币:392 | 积分:0 主题帖:6 | 回复帖:349
LV7
旅长
mark,必须顶下
2016/12/09 11:06:58
71
sxp566
电源币:6 | 积分:3 主题帖:3 | 回复帖:10
LV3
排长
最前面直接加个工频变压器----算不算一种啊
2016/12/09 16:08:33
72
电源网-fqd
电源币:5059 | 积分:15076 主题帖:512 | 回复帖:5099
LV11
统帅
2016/12/22 15:02:07
73
nyh20028319
电源币:0 | 积分:1 主题帖:20 | 回复帖:99
LV5
营长

这是哪个品牌的变频电源

这个功率都是很大的,以前好像在艾默生也见过类似产品

2016/12/22 15:34:01
74
nyh20028319
电源币:0 | 积分:1 主题帖:20 | 回复帖:99
LV5
营长
映像中大功率电源都采用隔离功能,初级Boost PFC电压很高的,测得都是400V的电压,还有安规要求,怎么过呢
2016/12/22 15:36:13
75
nyh20028319
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LV5
营长
功率密度不是很高这种电源,现在都最求高效率和高功率密度的电源。
2016/12/22 17:01:19
78
javike
电源币:2921 | 积分:67 主题帖:175 | 回复帖:3100
LV12
元帅
啥时候仪器追求功率密度了,可靠性第一啊,还得考虑各种复杂的测试情况。
2016/12/22 17:00:39
77
javike
电源币:2921 | 积分:67 主题帖:175 | 回复帖:3100
LV12
元帅
后级隔离啊
2016/12/22 17:00:03
76
javike
电源币:2921 | 积分:67 主题帖:175 | 回复帖:3100
LV12
元帅

你问的是哪一款呢?

最近又买了个德国的变频电源,架构也比较新颖

2017/08/03 17:35:47
79
veyron7
电源币:0 | 积分:3 主题帖:0 | 回复帖:1
LV1
士兵
亮出来学习一下
2019/11/17 21:49:08
80
jincao
电源币:21 | 积分:0 主题帖:7 | 回复帖:19
LV3
排长
我的理解在不同领域电源都有它的要求,有些要电源-性能,
2019/11/17 21:54:56
81
jincao
电源币:21 | 积分:0 主题帖:7 | 回复帖:19
LV3
排长
有些要性价比,不过高频化是趋势往后高频谐振,磁集成,模块化网络化,更先进高效或专用的电力电子元器件会大量出现。更先进稳定轻便的电源会越来越多,兄弟加油电源行业前途一片光明。
2019/11/23 08:32:31
82
peter_yu
电源币:3 | 积分:0 主题帖:0 | 回复帖:90
LV4
连长
涨见识了。谢谢分享。
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