DC -> AC c коррекцией формы выходного сигнала для разных нагрузок, Как это сделать рациональнее ? Опции

[san822]

Планируется сделать преобразователь DC -> AC.
На входе 50 вольт, на выходе 220 Вольт,
напряжение переменное - почти чистый синус.
В общем-то задача не из редких,
вот только нужно,
чтобы чтобы коэффициент нелинейных
искажений при номинальной нагрузке 2000 Ватт,
был не менее 0.98.
В общем идея примерно такова - преобразуем напряжение из 50 в ~ 311,
потом это напряжение пропускаем
через транзисторный мост(транзисторы управляются от МК ШИМ сигналом),
после этого фильтр для получения синуса.
Для того, чтобы на выходе был синус при любой нагрузке надо бы
по идее обратную связь ввести.
Как именно это сделать рациональнее всего ?
Каким образом формировать ШИМ-сигнал в МК(алгоритмически),
чтобы можно было подстраиваться под разные нагрузки(нелинейные) ?

[sera_os]

Получится у вас что-то типа усилитель класса-D для формирования синуса! Последние обратной связи почему-то не используют, хотя сопротивление нагрузки (динамик или АС) изменяется достаточно сильно.
А попробовать: усилок класс-D + высоковольтные полевыки + генератор синус 50Гц на вход? Коэффициен гармоник совренных усилков класса-D Выши требования более чем устроит!

[Фрол Кузьмич]

А вы не могли бы объяснить, по возможности популярно и доходчиво, а на кой собсно ляд вашей нагрузке "почти чистый синус", и что произойдёт такое страшное, если синус вдруг будет не почти чистый или почти не чистый?

[san822]

Пояснение дано - коэффиент нелинейных искажений не менее 0.98.

В принципе, большинству нагрузок не важно синус или не синус в сети 220 вольт, но так сформулировано ТЗ, вот поэтому и ставиться вопрос таким образом.

[_artem_]

Был же у микрочипа референс дизайн . Не смотрели туда ?

[Фрол Кузьмич]

но так сформулировано ТЗ

Да уж. Ну, если вы уже второй раз повторяете вот это, которое ниже:

Пояснение дано - коэффиент нелинейных искажений не менее 0.98.

то видимо именно так оно и сформулировано. И сие означает, что по разумению составителя ТЗ искомый "почти чистый синус" должон иметь коэффициент нелинейных искажений не менее 98% (тоисть можно более). По сравнению с таким ужосом обычный меандр можно считать эталоном абсолютно идеального синуса.

Сообщение отредактировал Фрол Кузьмич - Nov 9 2006, 20:01

[san822]

Давненько я оказывется формулы не смотрел.
НЕ более 0.02 = 2%

[wim]

Давненько я оказывется формулы не смотрел.
НЕ более 0.02 = 2%

А минимальная мощность нагрузки какая? При минимальной - тоже 2% или можно больше?

[Фрол Кузьмич]

wim, ещё там есть такая лихая фраза:

чтобы на выходе был синус при любой нагрузке

С таким ТЗ из реальных вариантов только два: либо удавицца, либо сделать из него голубка и запустить в форточку.

[wim]

wim, ещё там есть такая лихая фраза:

чтобы на выходе был синус при любой нагрузке

С таким ТЗ из реальных вариантов только два: либо удавицца, либо сделать из него голубка и запустить в форточку.

Вообще-то, делают такие штуки на DSP, например вот:
http://powerelectronics.com/mag/power_dsp_...oves/index.html
Однако, на нелинейной нагрузке у них получается больше 2%.

[Фрол Кузьмич]

Однако, на нелинейной нагрузке у них получается больше 2%.

Да некоторые угрожают даже сотые доли процента. Правда с оговоркой оч. мелким шрифтом в самом дальнем углу, что на чисто активную нагрузку. Сцылки нету, не очень-то меня такое интересует. Это для хай-энд аудио, так шта там больше танцев с бубном, чем технического смысла. А кто-то вроде промерял на реальный транс с выпрямителем и здоровой ёмкостью после него, так там вроде все 5-7% вышло (по ГОСТу в сети и так допускается до 8%).

[san822]

Давненько я оказывется формулы не смотрел.
НЕ более 0.02 = 2%

А минимальная мощность нагрузки какая? При минимальной - тоже 2% или можно больше?

2 % надо получить на линейной нагрузке.
На нелинейной допускается отклонение до 10 %.

[wim]

2 % надо получить на линейной нагрузке.
На нелинейной допускается отклонение до 10 %.

Если без заморочек с обратными связями, тогда это будет выглядеть примерно так:
http://www.ece.msstate.edu/courses/design/...power_inverter/

[Фрол Кузьмич]

2 % надо получить на линейной нагрузке.
На нелинейной допускается отклонение до 10 %.

Во, эт савсем другое дело.
На пару кВт я б вам такое сделал тыш за пять евров. Не считая расходов на комплектуху и pcb. Месяца за три, с парой итераций.

Сообщение отредактировал Фрол Кузьмич - Nov 11 2006, 21:44

[san822]

2 % надо получить на линейной нагрузке.
На нелинейной допускается отклонение до 10 %.

Во, эт савсем другое дело.
На пару кВт я б вам такое сделал тыш за пять евров. Не считая расходов на комплектуху и pcb. Месяца за три, с парой итераций.

Будь я на месте заказчика, я бы, наверное, обратился к Вам, но одна из главных
задач этого проекта обучить(или переобучить или повысить квалификацию - понимайте как хотите) сотрудников нового отдела(я тоже вхожу в их число )
разрабатывать устройства силовой электроники,
поэтому ссылка
http://www.ece.msstate.edu/courses/design/...power_inverter/
в данном случае более уместна...

[_artem_]

http://www.microchip.com/stellent/idcplg?I...ppnote=en010947

[Dmitron]

нам бы таких заказчиков! Цель которых не получить устройство, а сотрудников обучать.

А вообще - шимим с лева, шимим с права, меряем напряжение на выходе - и по нему крутим размах шима.

[san822]

нам бы таких заказчиков! Цель которых не получить устройство, а сотрудников обучать.

А вообще - шимим с лева, шимим с права, меряем напряжение на выходе - и по нему крутим размах шима.

Ну, в общем-то, я себе это примерно так и представлял...


Принцип понятен, хотелось бы поподробнее про способы контроля коэффициэнта гармоник и алгоритм вычисления ШИМа с коррекцией этого коэффициента.

[san822]

А какую частоту формирования ШИМ обычно берут ?
Хотелось бы, чтобы значения емкости и индуктивности фильтра были поменьше, т. е. частоту надо брать повыше, но моделирование схемы в PSIM показывает слабое изменение коэффициента гармоник от частоты. Кроме того, выходное напряжение сильно зависит от сопротивления нагрузки(пока моделировал только линейные нагрузки).
Нормальный синус получается при конденсаторе в пару сотен микрофарад и идуктивности пару десятков микрогенри...

Некоторую информацию удалось подчерпнуть из статьи
"Расчёт выходного фильтра ШИМ-инвертора", Александр Захаров,
вот здесь можно заказать бесплатно эту статью себе на е-мейл
http://soel.ru/issues/?id=299314

Но эта статья знакомит лишь с некоторыми теоретическими расчетами...

[Нифигасе]

2 % надо получить на линейной нагрузке.
На нелинейной допускается отклонение до 10 %.

Во, эт савсем другое дело.
На пару кВт я б вам такое сделал тыш за пять евров. Не считая расходов на комплектуху и pcb. Месяца за три, с парой итераций.

Эта что ж за цены такие? Это что, нашему брату так платят?

А что по теме, то , доложу я вам, при 10 прОцентах можно просто контролировать амплитудность и все.
Если на ШИМ идет правильная кривая, то на выходе она будет такой же, без обратной свяхи.
И вот почему. Если транс намотан правильно и его индуктивность рассеяния минимизирована, то
выходное сопротивление этого всего устройства заведомо ,на порядок, по меньшей мере, ниже, чем сопротивление нагрузки. В режиме класса D, в котором работают импульсные преобразователи с ШИМ
формированием, выходное сопротивление и того меньше - транзики работают ключами. Потому и не делают в усилках обратную связь с выхода.

Что до фильтра - какие нафиг сотни микрофарад! Наобум могу сказать - при 50 кгц и обозначенной моще - порядка 5 мкф и дроссель на 3-5 mH. Только надо чтоб он в насыщение не входил при максимальном токе.

[Artem-1.6E-19]

Что до фильтра - какие нафиг сотни микрофарад! Наобум могу сказать - при 50 кгц и обозначенной моще - порядка 5 мкф и дроссель на 3-5 mH. Только надо чтоб он в насыщение не входил при максимальном токе.

Там фишка в том, что на транзисторах может падать под нагрузкой довольно прилично. Плюс напряжение постоянное тоже может просаживаться. Так что ООС иногда необходима.

[Нифигасе]

А что это за фишка такая, если на транзисторах в классе D падает много напряжения/?
Это уже не импульсная техника, это уже АВ, В и тд... И вообще, как можно в качестве особенности
выдвигать требование низкого качества? Давайте,ребята , говорить на корректном языке, а "фишки"
оставим для девочек и мальчиков, не знающих куда себе колечко вставить. Акей?

Просадки напряжения питание компенсируются амплитудной ООС, внимательно читай.

[Фрол Кузьмич]

ту Нифигасе

Эта что ж за цены такие? Это что, нашему брату так платят?

Угу, и очередь аж за угол.

[san822]

Уважаемые электронщики !
В процессе проектирования схемы формирования синуса методами ШИМ,
выяснилось, что управлять транзисторами можно как минимум тремя способами.
При этом моделирование в пакте PSIM показывает,
что все эти способы приводят к синусу на выходе.
Первый способ приводит к сильной зависимости выходного напряжения от нагрузки.
Второй и третий в этом отношении показали себя лучше.
Ниже приведена сама мостовая схема и варианты управления транзисторами.
Эти картинки показывают принцип управления(не все сделано в них в одном масштабе).
Хотелось бы узнать Ваше мнение по этому поводу.

А вот и сами методы управления транзисторами.
Картинки в формате DJVU.

Эскизы прикрепленных изображений

 

Прикрепленные файлы

 Metodi.rar ( 224.99 килобайт ) Кол-во скачиваний: 111

 

[alexs-rad17]

Уважаемые электронщики !
В процессе проектирования схемы формирования синуса методами ШИМ,
выяснилось, что управлять транзисторами можно как минимум тремя способами.
При этом моделирование в пакте PSIM показывает,
что все эти способы приводят к синусу на выходе.
Первый способ приводит к сильной зависимости выходного напряжения от нагрузки.
Второй и третий в этом отношении показали себя лучше.
Ниже приведена сама мостовая схема и варианты управления транзисторами.
Эти картинки показывают принцип управления(не все сделано в них в одном масштабе).
Хотелось бы узнать Ваше мнение по этому поводу.

А вот и сами методы управления транзисторами.
Картинки в формате DJVU.

Все бред, инвертор напряжения является источником ЭДС, а посему напряжение на его выходе никак не зависит от нагрузки.(с точностью до падения на транзисторах). Все три способа формирования ШИМа функционально идентичны, отличаются только, потерями на транзисторах. В способах, где один из полумостов полпериода стоит, потерь меньше(отсутствуют дин. потери в стоящих тр-ах). Вас интересуют искажения тока или напряжения? Если тока, то при активно-индуктивной нагрузке искажения и так минимальны менее 5%(без выходного фильтра), если надо меньше поможет выходной LC-фильтр. Если нужно обеспечить синус напряжения или нагрузка активная, то тоже нужен фильтр. Фильтр рассчитывается под конкретные условия. Что-бы фильтр был легче имеет смысл поднять несущую частоту повыше. При нагрузке 2кВА нет проблем сделать частоту 10кГц.(зависит от применяемых транзисторов, и способностей микроконтроллера)

[wim]

...Все три способа формирования ШИМа функционально идентичны, отличаются только, потерями на транзисторах. В способах, где один из полумостов полпериода стоит, потерь меньше(отсутствуют дин. потери в стоящих тр-ах).

Не только потерями - при однополярном ШИМе в спектре напряжения на выходе моста отсутствуют чётные гармоники, всё ж полегче его потом фильтровать.

[alexs-rad17]

...Все три способа формирования ШИМа функционально идентичны, отличаются только, потерями на транзисторах. В способах, где один из полумостов полпериода стоит, потерь меньше(отсутствуют дин. потери в стоящих тр-ах).

Не только потерями - при однополярном ШИМе в спектре напряжения на выходе моста отсутствуют чётные гармоники, всё ж полегче его потом фильтровать.

четные гармоники основной частоты(50Гц), отсутствуют при любой ШИМ(если конечно их специально не создавать), и вообще кроме 50Гц в спектре присутсвуют только несущая и ее гармоники, а если в выбрать несущую 25*50Гц, то получим вообще идеальный синус(по ГОСТу, который регламентирует содержание гармоник только до 25гармоники).

[wim]

...Все три способа формирования ШИМа функционально идентичны, отличаются только, потерями на транзисторах. В способах, где один из полумостов полпериода стоит, потерь меньше(отсутствуют дин. потери в стоящих тр-ах).

Не только потерями - при однополярном ШИМе в спектре напряжения на выходе моста отсутствуют чётные гармоники, всё ж полегче его потом фильтровать.

четные гармоники основной частоты(50Гц), отсутствуют при любой ШИМ(если конечно их специально не создавать), и вообще кроме 50Гц в спектре присутсвуют только несущая и ее гармоники, а если в выбрать несущую 25*50Гц, то получим вообще идеальный синус(по ГОСТу, который регламентирует содержание гармоник только до 25гармоники).

Я имел в виду гармоники тактовой частоты ШИМ. При однополярном способе формирования ШИМ в спектре нет чётных гармоник, в чём можно легко убедиться при наличии анализатора спектра, а при отсутствии оного - моделированием в Pspice. Отстутствие чётных гармоник позволяет не очень существенно, но всё-таки удешевить выходной фильтр.

[san822]

Все бред, инвертор напряжения является источником ЭДС, а посему напряжение на его выходе никак не зависит от нагрузки.(с точностью до падения на транзисторах).

Тем не менее, моделирование в пакете PSIM показывает очень сильную зависимость амплитуды выходного напряжения(синусоидального) от сопротивления нагрузки при первом варианте подачи сигналов ШИМ на транзисторы.
Не исключено, что это ошибки моделирования PSIM.

Все три способа формирования ШИМа функционально идентичны, отличаются только, потерями на транзисторах. В способах, где один из полумостов полпериода стоит, потерь меньше(отсутствуют дин. потери в стоящих тр-ах). Вас интересуют искажения тока или напряжения? Если тока, то при активно-индуктивной нагрузке искажения и так минимальны менее 5%(без выходного фильтра), если надо меньше поможет выходной LC-фильтр.

Есть довольно заметные различия у всех трех способов.

Способ 1)
Каждый полупериод( + или - полуволна синуса) формируется двумя
транзисторами(один из них постоянно открыт, другой нарезает ШИМ).
При этом ток как бы постоянно(на время формирования данной полуволны)
загоняется в LC-фильтр.
Кроме заметной зависимости выходного синусоидального напряжения от нагрузки,
моделирование показало, что для этого варианта нужны значительные
номиналы конденсатора и индуктивностей в фильтре для получения "красивой" синусоиды.

Способ 2)
Каждая полуволна формируется 4-мя транзисторами,
при этом ток гоняется через фильтр "туда-сюда" с частотой формирования ШИМ.
Данный вариант требует применения конденсаторов и индуктивностей меньших номиналов,
выдает почти независимую от нагрузки амплитуду выходного синуса.

Способ 3)
Каждая полуволна формируется тремя транзисторами,
один из которых на протяжении формирования полуволны постоянно открыт.
Другие два работают по очереди так, что с помощью одного из них
ток сначала проходит через фильтр и
потом открывается другой давая току
циркулировать через фильтр и два нижних(или верхних) транзистора,
в отличие от способа 2 здесь ток гуляет не "туда-сюда",
а только в одном направлении(для данной полуволны).
Не смотря на то, что этот способ похож на первый,
он показал себя гораздо лучше и практически не уступает
второму по "красоте" выходной синусоиды.

Если нужно обеспечить синус напряжения или нагрузка активная, то тоже нужен фильтр. Фильтр рассчитывается под конкретные условия. Что-бы фильтр был легче имеет смысл поднять несущую частоту повыше. При нагрузке 2кВА нет проблем сделать частоту 10кГц.(зависит от применяемых транзисторов, и способностей микроконтроллера)

Да, частоту собираемся взять высокую - 30-40 кГц.