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【原創】3000W全橋交錯式超低待機功耗高頻逆變器的設計

逆變器的工作方式和原理相信大家都比較熟悉了,我也是最近幾年在電源網逆變論壇的引導才涉足這個圈子的。

 

為什么說這是一個圈子呢?

因為它有著和其它開關電源不同的“生活區”。

 

近幾年火爆的LED電源就像生活在霧霾都市里的北京人一樣,快節奏工作的同時也在不斷創新(減排),

基本的拓撲都是APFC+LLCAPFC+QR,隨著功率需求不斷提高,單級PFC架構的也慢慢消亡,上次還偶然看到了APFC+LCC產品。

 

一直充實著民用市場的充電器和適配器更是時刻與國際掛鉤,適應全電壓輸入的同時,對效率和功耗的要求也是不斷在更新,

采用BUCK PFC+LLC+SR的產品也偶爾浮現。

 

在這些“其它開關電源”行業,近幾年出現的新方案拓撲可謂是層出不窮:PSR、交錯PFCBUCK PFCLCCLLC……



每單元控制電路詳細講解樓層如下:(不斷更新ing。。。)

交錯控制電路詳解:43-78 帖

輸入電壓溫控詳解:116 帖

前級全橋驅動詳解:183 帖

前級全橋升壓詳解:240 帖

后級H橋變流詳解:265 帖

后級H橋驅動詳解:284 帖

整機輔助電源詳解:324帖

。。。。。。。。。。。。

 

全部回復(633)
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javike
LV.12
2
2014-05-01 00:08

典型的PSR電路

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javike
LV.12
3
2014-05-01 00:08
@javike
[圖片]典型的PSR電路

典型的交錯PFC電路

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javike
LV.12
4
2014-05-01 00:09
@javike
[圖片]典型的交錯PFC電路

典型的BUCK PFC電路

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javike
LV.12
5
2014-05-01 00:10
@javike
[圖片]典型的BUCKPFC電路

典型的LLC電路

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javike
LV.12
6
2014-05-01 00:10
@javike
[圖片]典型的LLC電路

LCC電路架構圖.

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javike
LV.12
7
2014-05-01 00:10
@javike
[圖片]LCC電路架構圖.

。。。。。。

這些新的拓撲你做過的有多少?

。。。。。。

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javike
LV.12
8
2014-05-01 00:11
@javike
。。。。。。這些新的拓撲你做過的有多少?。。。。。。

再看看目前的逆變器行業,基本都還是用著比行業工程師平均年齡還老的方案和拓撲,

就像生活在深山區里的勤人一樣,有著自然的清新空氣(風光太陽能市場),有著不必創新而能持續的生活法則。

市場上千篇一律的傳統推挽、傳統全橋甚至工頻方案的逆變器。。。。。。

 

是什么阻礙了逆變器新技術的發展?

 

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javike
LV.12
9
2014-05-01 00:11
@javike
再看看目前的逆變器行業,基本都還是用著比行業工程師平均年齡還老的方案和拓撲,就像生活在深山區里的勤人一樣,有著自然的清新空氣(風光太陽能市場),有著不必創新而能持續的生活法則。市場上千篇一律的傳統推挽、傳統全橋甚至工頻方案的逆變器。。。。。。 是什么阻礙了逆變器新技術的發展? 

是那幾十上百A的電流導致設計上的局限嗎?導致電流應力、功率裕量、損耗、偏磁。。。等設計上的困難?

 

100A左右的電流看起來是不小,但也不至于恐怖吧。。

其實我們日常經常接觸到這么大電流的產品,只是大家不覺得,電腦的主板CPU供電和顯卡的GPU供電電流都是100A+,甚至高達幾百A。

目前據說有顯卡單卡耗電800W的“電老虎級”專業顯卡,按照現在的GPU核心電壓1.0V來計算,

GPU的供電電流有700+A了\,雙卡SLI電流高達1500A+,

更恐怖的是普通主板已經支持4路的SLI,顯卡耗電流可以達到3000A+。

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javike
LV.12
10
2014-05-01 00:14
@javike
是那幾十上百A的電流導致設計上的局限嗎?導致電流應力、功率裕量、損耗、偏磁。。。等設計上的困難? 100A左右的電流看起來是不小,但也不至于恐怖吧。。其實我們日常經常接觸到這么大電流的產品,只是大家不覺得,電腦的主板CPU供電和顯卡的GPU供電電流都是100A+,甚至高達幾百A。目前據說有顯卡單卡耗電800W的“電老虎級”專業顯卡,按照現在的GPU核心電壓1.0V來計算,GPU的供電電流有700+A了\,雙卡SLI電流高達1500A+,更恐怖的是普通主板已經支持4路的SLI,顯卡耗電流可以達到3000A+。

某品牌主板的37相供電(CPU供電32相交錯+CPU內置GPU供電3相交錯+VTT供電2相交錯.

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javike
LV.12
11
2014-05-01 00:14
@javike
[圖片]某品牌主板的37相供電(CPU供電32相交錯+CPU內置GPU供電3相交錯+VTT供電2相交錯.

我一直在尋找最適合逆變器的工作拓撲,也做了大量的仿真了和實驗。

目前大家常用的多變壓器架構還是初級并聯次級串聯式的推挽架構,這種架構在變壓器一致性存在偏差時的影響是不容忽視的,而變壓器幾乎不可能完全一致。

現在LED電源上用得火爆LLC架構又不適合逆變器輸入電瓶端的寬范圍電壓,需與BOOST配合使用。

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javike
LV.12
12
2014-05-01 00:15
@javike
我一直在尋找最適合逆變器的工作拓撲,也做了大量的仿真了和實驗。目前大家常用的多變壓器架構還是初級并聯次級串聯式的推挽架構,這種架構在變壓器一致性存在偏差時的影響是不容忽視的,而變壓器幾乎不可能完全一致。現在LED電源上用得火爆LLC架構又不適合逆變器輸入電瓶端的寬范圍電壓,需與BOOST配合使用。

最后還是想到了電腦CPUGPU供電電源交錯控制,

回想起來10年前的電腦主板CPU供電就是3-4相交錯式BUCK控制的,

現在高端主板的CPU和顯卡的GPU供電都達到32甚至64相交錯供電了,

顯卡單卡64相交錯,4卡3000A的電流算下來每相也就10A多點了。

 

讓我不明白的是10年前就已經有交錯架構的拓撲在應用,

雖然BUCK和全橋是有區別,但交錯控制原理基本還是一樣的,

為什么這10多年在電流應力也較大的逆變器行業沒有得到廣泛的應用呢?

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javike
LV.12
13
2014-05-01 00:19
@javike
最后還是想到了電腦CPU和GPU供電電源交錯控制,回想起來10年前的電腦主板CPU供電就是3-4相交錯式BUCK控制的,現在高端主板的CPU和顯卡的GPU供電都達到32甚至64相交錯供電了,顯卡單卡64相交錯,4卡3000A的電流算下來每相也就10A多點了。 讓我不明白的是10年前就已經有交錯架構的拓撲在應用,雖然BUCK和全橋是有區別,但交錯控制原理基本還是一樣的,為什么這10多年在電流應力也較大的逆變器行業沒有得到廣泛的應用呢?

交錯控制使得再大的電流都不再恐怖了,如果使逆變器可以像顯卡組SLI一樣,實現直接并聯那就完美了。

接下來在交錯推挽和交錯全橋上也做了些考量和選擇,即使是交錯式推挽,還是無法避免不對稱導致的偏磁,

所以準備先拿交錯全橋來小試牛刀。。。。。

 

多變壓器交錯式并聯與初級并聯次級串聯方式的對比在這里就不再細說了,

大家可以看我之前的演講稿:http://www.daogou-taobao.cn/bbs/1445663.html

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javike
LV.12
14
2014-05-01 00:20
@javike
交錯控制使得再大的電流都不再恐怖了,如果使逆變器可以像顯卡組SLI一樣,實現直接并聯那就完美了。接下來在交錯推挽和交錯全橋上也做了些考量和選擇,即使是交錯式推挽,還是無法避免不對稱導致的偏磁,所以準備先拿交錯全橋來小試牛刀。。。。。 多變壓器交錯式并聯與初級并聯次級串聯方式的對比在這里就不再細說了,大家可以看我之前的演講稿:http://www.daogou-taobao.cn/bbs/1445663.html

PWM控制IC首選還是大家熟知的SG3525,在這里我選擇STSG3525A

相比其他的控制器,它的優點有:

1. 雙端最大占空比可以達到98%(實際在30-35K的頻率下實測也的確可以達到97~98%之間),

    這點對開環效率影響還是比較可觀的,部分其他品牌的SG3525標稱卻只有96%

 

2. 有同步控制端,可直接級聯或交錯控制,省去了外置穩定的三角波電路控制的麻煩。

 

3. 最大工作頻率可以達到500KHz。規格書的首頁標稱的最大工作頻率可以達到500KHz

   當然實際測試也是可以達到的,只是需要加些外圍電路讓死區時間為0在規格書的詳細參數中標稱卻是400KHz

   但在交錯控制時,同步端的輸入信號卻又不支持500KHz所以這個500KHz真心覺得是個忽悠,

   但這對實現多相級聯式交錯非常有用,400KHz實現一般的逆變器(30-35KHz 開關頻率)4相交錯還是沒問題的。

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javike
LV.12
15
2014-05-01 00:22
@javike
PWM控制IC首選還是大家熟知的SG3525,在這里我選擇ST的SG3525A。相比其他的控制器,它的優點有:1. 雙端最大占空比可以達到98%(實際在30-35K的頻率下實測也的確可以達到97~98%之間),  這點對開環效率影響還是比較可觀的,部分其他品牌的SG3525標稱卻只有96%。 2. 有同步控制端,可直接級聯或交錯控制,省去了外置穩定的三角波電路控制的麻煩。 3. 最大工作頻率可以達到500KHz。規格書的首頁標稱的最大工作頻率可以達到500KHz,  當然實際測試也是可以達到的,只是需要加些外圍電路讓死區時間為0。在規格書的詳細參數中標稱卻是400KHz,  但在交錯控制時,同步端的輸入信號卻又不支持500KHz,所以這個500KHz真心覺得是個忽悠,  但這對實現多相級聯式交錯非常有用,400KHz實現一般的逆變器(30-35KHz開關頻率)4相交錯還是沒問題的。[圖片][圖片][圖片][圖片]

先上交錯控制部分的電路圖,說說交錯的核心。。。。。。

(。。。。。。下接第43帖。。。。。)

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alk_shi
LV.4
16
2014-05-01 00:41
@javike
先上交錯控制部分的電路圖,說說交錯的核心。。。。。。(。。。。。。下接第43帖。。。。。)

搶占沙發

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zhc7302
LV.9
17
2014-05-01 01:06
@alk_shi
搶占沙發[圖片]
地板
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javike
LV.12
18
2014-05-01 01:07
@alk_shi
搶占沙發[圖片]
。。。大家的頂帖是我更新的動力。。。
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alk_shi
LV.4
19
2014-05-01 01:14
@javike
。。。大家的頂帖是我更新的動力。。。

樓主有想法,頂!

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小礦石
LV.10
20
2014-05-01 07:20
@javike
。。。大家的頂帖是我更新的動力。。。
給你點動力,坐等更新
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小礦石
LV.10
21
2014-05-01 07:22
@javike
[圖片]某品牌主板的37相供電(CPU供電32相交錯+CPU內置GPU供電3相交錯+VTT供電2相交錯.
這種很多相交錯的方式是不是用CPLD搞起來更方便一些?
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chenshuhui
LV.7
22
2014-05-01 08:42
@javike
[圖片]典型的PSR電路
PSR 我們從來不做,因穩壓精度沒有光藕的好。
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javike
LV.12
23
2014-05-01 09:10
@小礦石
這種很多相交錯的方式是不是用CPLD搞起來更方便一些?

不需要CPLD那么復雜的東西,就用3525就可以了,成本低,器件易買,大家都可以DIY玩玩

目前已經實現單級最大144相交錯的仿真,理論上最大可以擴展到1728相交錯

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javike
LV.12
24
2014-05-01 09:12
@chenshuhui
PSR我們從來不做,因穩壓精度沒有光藕的好。

PSR在穩壓精度上的確沒有優勢,但成本低,體積小,還是有很大的市場的。

沒有十全十美的方案的。

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2014-05-01 09:40
@javike
PWM控制IC首選還是大家熟知的SG3525,在這里我選擇ST的SG3525A。相比其他的控制器,它的優點有:1. 雙端最大占空比可以達到98%(實際在30-35K的頻率下實測也的確可以達到97~98%之間),  這點對開環效率影響還是比較可觀的,部分其他品牌的SG3525標稱卻只有96%。 2. 有同步控制端,可直接級聯或交錯控制,省去了外置穩定的三角波電路控制的麻煩。 3. 最大工作頻率可以達到500KHz。規格書的首頁標稱的最大工作頻率可以達到500KHz,  當然實際測試也是可以達到的,只是需要加些外圍電路讓死區時間為0。在規格書的詳細參數中標稱卻是400KHz,  但在交錯控制時,同步端的輸入信號卻又不支持500KHz,所以這個500KHz真心覺得是個忽悠,  但這對實現多相級聯式交錯非常有用,400KHz實現一般的逆變器(30-35KHz開關頻率)4相交錯還是沒問題的。[圖片][圖片][圖片][圖片]

SG3525A雙端最大占空比達到98%?請問是怎么控制的?前陣子想做兩相交錯并聯BOOST,苦于沒有找到合適的芯片,如果3525可以,那真的太好了

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javike
LV.12
26
2014-05-01 09:47
@liwei20080512
SG3525A雙端最大占空比達到98%?請問是怎么控制的?前陣子想做兩相交錯并聯BOOST,苦于沒有找到合適的芯片,如果3525可以,那真的太好了

SG3525的最大占空比受最小死區時間的限制,頻率越高,占空比會越小,

97-98%是在30-35K的條件下壓榨死區時間,規格書給出的CT電容最小是1nF,需要再小一點才可以達到97%以上,

但不同品牌的還是會有差異,我試過的只有ST的在最大占空比上表現比較好。

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javike
LV.12
27
2014-05-01 09:48
@javike
SG3525的最大占空比受最小死區時間的限制,頻率越高,占空比會越小,97-98%是在30-35K的條件下壓榨死區時間,規格書給出的CT電容最小是1nF,需要再小一點才可以達到97%以上,但不同品牌的還是會有差異,我試過的只有ST的在最大占空比上表現比較好。

當然,好如果頻率再高(35K以上),占空比就達不到98%了。

不過我上次找到一顆工作頻率可以高達2M,占空比可以到99%的芯片。價格比3525是要貴多了,型號我要找找。

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2014-05-01 09:58
@javike
SG3525的最大占空比受最小死區時間的限制,頻率越高,占空比會越小,97-98%是在30-35K的條件下壓榨死區時間,規格書給出的CT電容最小是1nF,需要再小一點才可以達到97%以上,但不同品牌的還是會有差異,我試過的只有ST的在最大占空比上表現比較好。

坐等更新,我很關心這個問題。

我搞的東西可能比較極端,一般做BOOST關心輸出電壓,電流;而我做的卻更關心輸入電壓和電流,大師可能已經知道是什么東西了。對的,開關電源節能老化系統。這東西要求輸入電壓范圍超級寬,輸入電流也不算小。目前已經做了一款3-60V輸入,最大電流15A,最大輸入功率300W的BOOST,但效果不讓人滿意,準備搞交錯并聯BOOST,減小壓力

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2014-05-01 10:21
@liwei20080512
坐等更新,我很關心這個問題。我搞的東西可能比較極端,一般做BOOST關心輸出電壓,電流;而我做的卻更關心輸入電壓和電流,大師可能已經知道是什么東西了。對的,開關電源節能老化系統。這東西要求輸入電壓范圍超級寬,輸入電流也不算小。目前已經做了一款3-60V輸入,最大電流15A,最大輸入功率300W的BOOST,但效果不讓人滿意,準備搞交錯并聯BOOST,減小壓力
剛剛想起來,在TL494的4腳上加負壓,雙端輸出的時候占空比也可以達到很大,但好像不好控制,容易出現一邊輸出直接變成高,一邊輸出成低
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chenshuhui
LV.7
30
2014-05-01 10:22
@javike
PSR在穩壓精度上的確沒有優勢,但成本低,體積小,還是有很大的市場的。沒有十全十美的方案的。[圖片]
因為我們對成本沒有太多要求,對電源質量要求比較高些,因為通信電源,必須保證質量
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haizhiyin
LV.4
31
2014-05-01 10:29
@javike
先上交錯控制部分的電路圖,說說交錯的核心。。。。。。(。。。。。。下接第43帖。。。。。)
地下室
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