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  • 开关磁阻电动机是什么

    开关磁阻电动机是什么

    开关磁阻电机是一种新型调速电机,调速系统兼具直流、交流两类调速系统的优点,是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统的最新一代无极调速系统。它的结构简单坚固,调速范围宽,调速性能优异,且在整个调速范围内都具有较高效率,系统可靠性高。主要有开关磁阻电机、功率变换器、控制器与位置检测器四部分组成。控制器内包含功率变换器和控制电路,而转子位置检测器则安装在电机的一端。 现如今,开关磁阻电机的应用和发展取得了明显的进步,已成功地应用于电动车驱动、通用工业、家用电器和纺织机械等各个领域,功率范围从10W到5MW,最大速度高达100,000 r/min。 我国对开关磁阻电动机调速系统的研究与试制起步于20世纪80年代末90年代初,取得了从基础理论到设计制造技术多方面的成果与进展,但产业化及应用性研究工作相对滞后。由于SRD的产业化,人们通常将其产品称为“开关磁阻调速电动机”。 开关磁阻电动机控制器 开关磁阻电动机PWM调压调速控制技术领域,由功率变换电路、主控制电路、操作与速度显示电路构成,其主要特点是在主控制电路中设置有保护电路,设计了启停调速给定信号电路和操作与速度显示电路,通过一些元器件的选型和电路的设计实现。 原理图: 开关磁阻电动机SRD系统 开关磁阻电动机调速系统主要由开关磁阻电动机(SRM)、功率变换器、控制器、转子位置检测器四大部分组成。控制器内包含控制电路与功率变换器,而转子位置检测器则安装在电机的一端,电动机与国产Y系列感应电动机同功率同机座号同外形。

    时间:2020-05-23 关键词: 电动机 pwm 开关磁阻

  • DC/DC转换器电路设计经验分享,你值得拥有

    DC/DC转换器电路设计经验分享,你值得拥有

    你知道DC/DC转换器电路设计方法吗?何为DC/DC转换器?其实就是通过DC/DC转换器转变为输入电压后有效输出固定电压的电压转换器。一般DC/DC转换器分为升压型DC/DC转换器、降压型DC/DC转换器以及升降压型DC/DC转换器三类。根据不同的需求可分为三类控制方式。PWM控制型效率高并具有良好的输出电压纹波和噪声。PFM控制型即使长时间使用,尤其小负载时具有耗电小的优点。 PWM/PFM转换型小负载时实行PFM控制,且在重负载时自动转换到PWM控制。目前DC-DC转换器广泛应用于手机、MP3、数码相机、便携式媒体播放器等产品中。 什么是DC呢? 它表示的是直流电源,诸如干电池或车载电池之类。家庭用的220V电源是交流电源(AC)。若通过一个转换器能将一个直流电压(3.0V)转换成其他的直流电压(1.5V或5.0V),我们称这个转换器为DC-DC转换器,或称之为开关电源或开关调整器。 A: DC-DC转换器一般由控制芯片,电感线圈,二极管,三极管,电容器构成。在讨论DC-DC转换器的性能时,如果单针对控制芯片,是不能判断其优劣的。其外围电路的元器件特性,和基板的布线方式等,能改变电源电路的性能,因此,应进行综合判断。 B: 调制方式 1: PFM(脉冲频率调制方式) 开关脉冲宽度一定,通过改变脉冲输出的频率,使输出电压达到稳定。 2: PWM(脉冲宽度调制方式) 开关脉冲的频率一定,通过改变脉冲输出宽度,使输出电压达到稳定。 C: 通常情况下,采用PFM和PWM这两种不同调制方式的DC-DC转换器的性能不同点如下。 PWM的频率,PFM的占空比的选择方法。 DC/DC转换器电路设计原理 DC-DC就是直流-直流变换,一般有升压(BOOST)、降压(BUCK型)两种。降压式DC/DC变换器的输出电流较大,多为数百毫安至几安,因此适用于输出电流较大的场合。降压式DC/DC变换器基本工作原理电路如下图所示。VT1为开关管,当VT1导通时,输入电压Vi通过电感L1向负载RL供电,与此同时也向电容C2充电。在这个过程中,电容C2及电感L1中储存能量。当VT1截止时,由储存在电感L1中的能量继续向RL供电,当输出电压要下降时,电容C2中的能量也向RL放电,维持输出电压不变。二极管VD1为续流二极管,以便构成电路回路。输出的电压Vo经R1和R2组成的分压器分压,把输出电压的信号反馈至控制电路,由控制电路来控制开关管的导通及截止时间,使输出电压保持不变。 DC-DC电路设计要考虑以下条件: 1.外部输入电源电压的范围,输出电流的大小。 2.DC-DC输出的电压,电流,系统的功率最大值。 选择PWM IC要考虑的要点有: 1.PWM IC的最大输入电压。 2.PWM开关的频率,这一点的选择关系到系统的效率。对储能电感,电容的大小的选择也有一定影响。 3.MOS管的所能够承受的最大额定电流及其额定功率,如果DC-DC IC内部自带MOS,只需要考虑IC输出的额定电流。 4.MOS的开关电压Vgs大小及最大承受电压。 电感、二极管、电容的选择 1.电感量:大小选择主要由开关频率决定,大小会影响电源纹波;额定电流,电感的内阻选择由系统功耗决定。 2.二极管:通都用肖特基二极管。选择时要考滤反向电压,前向电流,一般情况反向电压为输入电源电压的二倍,前向电流为输出电流的两倍。 3.电容:电容的选择基于开关的频率,系统纹波的要求及输出电压的要求。容量和电容内部的等效电阻决定纹波大小(当然和电感也有关)。以上就是DC/DC转换器电路设计方法,希望能给大家帮助。

    时间:2020-05-15 关键词: pwm dcdc转换器 pwmpfm

  • 常见单机PFC调试方法,你需要收藏

    常见单机PFC调试方法,你需要收藏

    什么是PFC?应该如何调试?PFC在电路中的作用是体现电力的利用率,此项系数反映着电路性能的好坏。因此很多设计者对于PFC的调试都非常重视,在本文中小编将对电源达人的经验进行总结,给出一种单级PFC的调试心得,其中包含了很多异常情况的调试方法。 一、PFC偏低的应对 1、次级去电流(R32)检测电阻加大。 2、光耦供电电阻(R27)加大。 3、比较器电流反馈电容(C18)加大。 4、全电压检测(如:SA7527,L6562的第3脚)电阻(R13)减小。 二、低压异响同时低压掉电流 1、先调整PFC,如PFC正常可按如下方法调整。 2、加大全电压检测电阻(R13),减小和电阻并联的电容,电容(C8)可采用102。 3、确定变压器设计是否合适。调整变压器,减少次级匝数,加大占空比。(本人现在的单级PFC做到60w,全电压输入) 空载电压跳动一般由VCC供电不足所致,可调节电压反馈部分,加大或减小电压反馈电容(C17),电阻(这个电路没有电阻)(用不同的IC做的恒流调整方式不一样)。如果上面方法不行,就减小V CC限流电阻(R7),或增加VCC绕组匝数。 三、启动时灯闪后正常工作 1、一般由电压反馈引起,减小次级比如358电压反馈补偿电容(C17)。 2、减小PWM控制芯片(如:SA7527,L6562)1,2脚的补偿电容(C6)。 3、在电压采样点加一个104的电容,比如输出36v的电源,基准点是2.5v,正采样是68k,负采样5.1k,在5.1k上并联一个104的电容。效果明显(参考电路并联在R26上)。 4、提高空载电压。有些情况下有效。 四、恒流精度偏低 1、可减小去电流采样电阻。 2、检测反馈ic供电是否足够。 3、调整电流反馈的电阻和电容(有些电路设计只有电容。如:385+431就只用调整电容即可)。 五、灯闪 1、一般都伴有PFC过低的现象,先解决PFC。PFC解决后,基本上都会好。 2、减小PWM控制芯片(如:SA7527,L6562)1,2脚的补偿电容。 六、短路保护不良 1、次级反馈最好有独立的供电绕组,且此绕组的供电限流电阻要小。储能电容要大。此绕组和PWM IC的供电绕组,都要绕在中间(如果是三明治绕法的话,最好把这两个绕组,放在中间,就是包在初级里。) 2、加大初级限流电阻。 3、初级ic的电流检测线要短,尽量少拐弯。 七、低压掉电流 1、减小初级限流电阻,效果明显,但会降低短路保护效果。 2、加大IC 3脚对地,全电压检测电阻,以提高3脚电压,但会降低高压是的PF值,不过可以用高压补偿来提高,高压时的PF值,补偿电路很简单没几个原件。 3、加大IC 1,2脚电阻,效果一般,不过加大到10k时效果明显,但会影响PF值。 4、减少变压器次级匝数,以加大占空比,效果很明显,推荐,但注意控制工作频率。太高EMC难搞。 八、电压电流临界范围宽 比如空载电压36v,恒定电流1.5A,有些电源要带载到34v时才能进入恒流模式。 1、加大次级电压反馈的补偿电容,比如说358的电压反馈补偿电容。 2、在电压采样点加一个104的电容,比如输出36v的电源,基准点是2.5v,正采样是68k,负采样5.1k,在5.1k上并联一个104的电容。此做法比调整358反馈补偿电容效果好很多,同时可以有效抑制启动时灯闪一下。 总结 以上8个问题就是大部分设计者在对PFC调试时会遇到的一些问题,本文针对这些问题进行了简单的介绍,并附上多种解决方法来帮助大家从各个方面来分析,可以说是一篇令人受益匪浅的文章。初接触PFC的朋友一定不要错过。以上就是PFC的调试的常见问题解析,希望能给大家帮助。

    时间:2020-05-13 关键词: pfc pwm pfc调试

  • 大功率变频器的综合因素考虑及在热轧领域的应用分析

    大功率变频器的综合因素考虑及在热轧领域的应用分析

    如今全球能源紧缺,如何保护资源和减少能源消耗成为科研和工业界的当务之急,尤其是耗能大户冶金钢铁、石油化工、传统制造等领域。因此,对工业电机、风机、泵、压缩机等负载使用变频器改造成为了一种行之有效的节能方式。本文主要介绍高性能大功率变频器在热轧领域的应用,并提出几点思考。 研究对象工艺说明 图1交交变频调速驱动交流同步电动机单线图 (1)热轧领域:本文主要是介绍黑色冶金行业(钢铁行业)热轧带钢领域,包括常规热连轧、短流程CSP、炉卷轧机、中厚板轧机等使用的高性能大容量变频装置。但是由于常规带钢热连轧技术和产品要求最严格,因此本文重点阐述带钢产品宽度在1000mm及以上,厚度在1.2mm—21mm的热连轧生产线。 (2)主机:在带钢热连轧生产线中,一般其粗轧机和精轧机(连轧机)定义为主轧机(或主机),其对应的变频调速装置称为主传动装置。 (3)大容量:指电机的额定功率在2500kW以上,或变频装置的额定容量在6MVA以上(无统一说法)。 (4)高性能:一般上述设备因其容量大且是产品生产(含产量和质量)的核心装备,其装置控制性能要求非常高;响应速度快;静态速度控制精度高(小于万分之一);电机输出转矩脉动小;动态速降小(小于0.3%S);装置效率高(大于97%)。 电机:一般而言,现在的主机用的电机均采用交流同步电动机,电机容量如下:粗轧机电机额定功率:2500kW—9000kW, 精轧机电机额定功率:6000kW—11000kW: 装置:2008年以后,几家大容量高性能的变频调速装置制造商一般采用交直交电压型变频装置,其装置的额定输出容量根据电机额定功率以及过载倍数的不同而不同,但是装置基本上分档制成标准的主回路组件,其对应的额定大容量有4种:6MVA、8MVA、10MVA、12MVA。 据不完全统计,中国从1957年引进前苏联的鞍钢2800/1700mm板带连轧机到今天准备筹建的宝钢湛江工程,其引进和自主设计的宽薄热连轧机(宽度大于1000mm)不少于60条生产线,其中宝钢8条(2050、1 580、1 780(上)、1 422、1 880、1 780(梅));鞍钢4条 (2800/1700、1 780、21 50、1 700(鞍凌));武钢3条(不含柳钢等,1700、2250、1580) 全国仅带钢宽度在2000mm热连轧机生产线就有1 0条:宝钢2050,武钢、太钢、马钢、邯钢、涟钢的2250,以及本钢的2300,首钢21 60,日钢和鞍钢的2150等。此外还有CSP、中厚板轧机等各类热轧生产线。 装置技术与产品发展历程 我们主要从电机、功率器件、变频方式、控制技术等方面来了解这些装置的技术与发展历程。 电机:已经从直流电机发展到同步电动机; 功率器件:已经从可控硅发展到门控晶闸管( GTO),再发展到IGCT( H-IGBT)和IEGT; 变频方式:已经从交交变频发展到如今的交直交电压型变频; 控制技术:从矢量控制发展到直接转矩控制。 目前正在使用的主传动变频装置的代表产品与制造商: (1) 交交变频的应用配置(宝钢分公司)(1 6套)(元器件均为SCR)(交交变频调速驱动交流同步电动机单线图见图1); (2) 交直交三电平PWM变频的应用配置(宝钢分公司)(46套)。 3.典型产品/技术介绍 现以宝钢1 880热轧和日本TMEIC产品TM-70为例作介绍。 主电机有粗轧机R1上下辊、R2上下辊(同步电机)、精轧机Fl-F7(同步电机)、飞剪CS(异步机),板坯大侧压装置SP(异步机)共1 1台。 电机额定功率具体如下: R1:2500kW×2; R2:9000kW×20 F1 - F5:10000kW×5; F6 - F7: 9000kW×20 SP:3300kW×1; CS:2500kW×1。 上述主传动装置均采用日本TMEIC的TM-70的8MVA的驱动装置,其整流器和逆变器都是用IEGT作为其功率元件的交直交电压型3电平PWM全数字矢 图2 IEGT变频器机柜 量控制传动系统。这种控制方式真正实现了正弦波输出,减少了高次谐波和力矩纹波,不需要采用SVG滤波装置;同时高电压输出减少了电缆和导线的成本。 R2上下辊和精轧机F1-F7由于其电机额定容量在9000kW到10000kW之间,故一套装置不够用,必须同时使用两套IEGT装置,容量在8MVA的TM-70装置才行。 而R1上下辊、GS、SSP由于其电机容量在2500kW到3300kW之间,故只需要一套IEGT装置,容量在8MVA的TM-70装置即可。 IGCT、IEGT变频器(实物图见图2、3)规格对照表见表1。 如今,IEGT三电平整流器逆变器应用更广泛,其主要性能为: 高效率:大于98.5%; 高可靠性:因为不使用电解电容器,所以不易出故障; 容易维护:拆卸容易,无需专业工具就能快速拆卸 图3单组变频器 功率IEGT Stack; 对电网影响小。 4.几点思考 4.1双系统并联驱动 冶金行业(特别是宽带钢的热连轧生产线轧)在高速轧制高强度薄带钢时,需要电机额定功率在 10000kW以上,对于特大牵引交通负载,其驱动电机将会更大。在现有的大容量功率器件下,一个功率回路( bank)无法满足上述负载的需要。因此存在两个并联甚至三个或四个回路并联情况。如何解决这一问题,有两种典型方法:多绕组电机法和驱动回路并联法。 采用多绕组电机法以日本东芝三菱公司TM-70为典型,采用驱动回路并联法以日本原三菱电机产品MELVEC-3000系列及东芝4并系统最为典型。表1IGCT、IEGT变频器规格对照表 4.2同步电机励磁系统 日本三菱电机的MELVEC3000系统和德国西门子SM-150、日本TMEIC的TM-70产品在给同步电机供电时,其同步机励磁驱动装置一般都采用可控硅全波整流。 这几家采用的励磁主回路拓扑结构差不多,但为防止励磁回路能量释放引起的过电压,各方设计的过电压保护回路差别较大。 日本TMEIC公司的TM-70设计配套的励磁保护过电压回路非常复杂,因其硬件设计欠周到和其控制PLC软件编程错误,导致多次烧坏二极管和电阻。而日本三菱电机设计的非常简单且使用实效性好,系统运行近16年,从未出现过故障。 4.3轧机机电共振控制功能 由于轧机的速度不是很高( 20rpm—6580rpm),因此其对应的变频装置控制频率也不会太高。根据N=60×f/P,考虑电机制作难易程度以及电机的工作效率、成本,其电机极对数在4—8之间。故控制速度的逆变器输出频率在2.6—44Hz之间。由于机械自身固有频率也比较低,当轧制高强钢时,系统通过轧制的板坯让系统产生共振,轻者引起系统跳电,无法轧钢,重者会损坏设备。宝钢1 880热轧的粗轧机R1就是典型的例子。尽管TM - 70具有抑制系统扭振功能SFC.但是由于多方面原因,即使通过日方专家多次调试和系统优化,并使用了SFC功能,其效果还是不 能满足现场实际的需要。容易出现共振的轧机有:R1轧机、F3和F4轧机。 4.4其他 采用何种高性能大功率变频器还要考虑采购成本、配件成本、维护维修成本,在技术方面要考量功率器件和装置制造技术、装配技术、调试技术、维修技术等综合因素。

    时间:2020-05-07 关键词: 变频器 pwm 逆变器

  • 基于位置检测信号的PWM逆变器动态补偿方法研究

    基于位置检测信号的PWM逆变器动态补偿方法研究

    现今工业伺服驱动中多采用驱动永磁同步电动机(pmsm)的交流伺服系统,其交流驱动单元使用三相全桥电压型逆变器。pwm调制的变频控制技术实现了对交流电机动态转矩的实时控制,大大提高了伺服系统的控制性能。 然而,对于pwm逆变器,在驱动功率管的开关信号中插入延时时间以防止直流母线直接短路,延时时间的引入将导致死区时间效应,引起逆变器输出波形的畸变和基波电压的降落,影响了伺服系统性能的进一步提高。 逆变器死区补偿方法综述 为补偿td引起的电压波动,研究人员提出了各种补偿方法,大致可划分为三类。 最普遍的方法是在电流极性相同的区间内,根据缺少的脉冲列相应加上极性相反的脉冲列,以抵消其影响。由于三相电流必有一相与另两相极性相反,一种简单的方法是对极性相反的相实行二倍的电压过补偿,使三相电压死区影响相互抵消,线电压波形为正弦形。详细分析了死区产生的原因和影响,并根据模拟调制和数字调制分别给出了死区的硬件电路补偿方法。根据全桥电路的开关状态,提出了一种带死区补偿的逆变器数学模型,该模型的特点是由简单的滞环结构组成,根据此模型可由一计算公式实现死区补偿。 第二类方法是根据无效器件原理实现死区补偿的。在任意时刻,逆变器每一桥臂两个功率器件中只有一个是有效的。当上桥臂器件关断时,不论下桥臂器件是否导通,输出电压都是直流母线的负端电压,此时称下桥臂器件是“无效”的。死区补偿的办法是,维持有效器件的驱动信号不变,改变无效器件的驱动信号使之满足设置死区的要求。既然“无效”器件的通、断并不影响输出电压状态,那么也就不需要驱动信号了,只给有效器件发出驱动信号就可以了,这样也就不需要加入死区,也就没有什么死区补偿的问题了。但该方法在电流过零点处会由于误差导致畸变,因此使用这个方法时要注意电流过零区域的处理。一些学者进一步提出了改进方法。在电流过零点加一滞环,在滞环时间内使用正常的开关死区保护,可减小畸变。由于电流采样中的干扰和电流变化的复杂性,在电流过零点附近的区域应给出两路驱动信号并加入死区及死区补偿。利用pwm关断时刻实现换流时的开关死区保护,可消除开关死区的影响。 第三类方法是电流预测控制。建立较为准确的电机系统模型,分析电流波形的畸变量,通过电流的预测控制来实现电流波形的校正。提出了预测电流控制的死区问题,通过估计反电势补偿电压波形畸变和电流零点钳位现象。建立异步电机模型的矩阵方程,根据对svpwm算法里定子相电流的预测,补偿其空间电压矢量。利用d-q旋转坐标系下的pmsm模型设计观测器,观测q轴损失的电压,通过公式折算成需补偿的死区时间tc,实现死区的在线补偿。时间延迟控制来估计死区导致的干扰电压,并将其反馈到电压参考给定上以补偿死区影响。电流预测方法计算繁琐,且补偿效果与电机模型的精度和时变的参数值直接相关,不易得到满意的效果。 逆变器死区的影响 由pwm死区时间产生的基本原理可知,引起的逆变器输出电压的偏差脉冲在绕组电流周期t1内的电压偏差可用一方波来等效,为了分析方便,假定电压偏差脉冲在时间上是等间距的,则等效方波的高度为: 随着电流极性的变化,误差电压脉冲的方向也随着发生变化,而且随着载波频率的提高,误差电压脉冲出现的次数也随之提高,虽然死区时间很短,只有几个微秒,但是误差电压在一个周期之内累积起来,也会对输出电压的基波幅值产生较大的影响。误差电压与理想电压、实际输出电压的定性关系如图2所示。 对图2中的偏差方波进行傅立叶分析得到: 其中,ω1电流基波角频率;ψ期望电压与电机电流之间的相位差。 因此,在忽略功率开关引起的高频噪声的情况下,逆变器的输出电压为: 其中,ma调制度,为调制正弦波幅值与三角波载波幅值的比值。 由上式可知,由于逆变器死区时间的存在,不但使逆变器输出电压的基波发生变化,而且使输出电压中含有3次、5次、7次等高次谐波。 开关死区造成逆变器输出电压波形发生畸变,导致输出电流波形波形畸变,即电流的交越失真。 ·死区时间越长,逆变器输出基波电压损失越大,电压波形畸变程度越大;负载基波电流幅值下降越多,电流波形畸变也越严重。 ·对于确定的死区时间,负载功率因数变小时,会使逆变器输出基波电压幅值增加,电压波形畸变率变小,基波电流幅值减小,电流波形畸变率变大。 ·当输出电压较低时,空间电压矢量幅值很小,三路桥臂相对导通时间变短,死区时间的影响变大。 ·死区不仅影响输出电压幅值,还影响其相位;死区使pwm波形不再对称于中心,因此,空间电压矢量的幅值产生偏差,相位也发生变化。 基于位置的动态死区补偿方法 各种死区补偿方法的一个共同特点是根据电流波形补偿电压信号。因此需要检测实际电流值,判断各相电流正负,以其过零点作为补偿电压信号的切换时刻。电流检测环节由电流传感器、低通滤波器和a/d转换组成,为减小噪声程序中还需加数字滤波。检测到的电流存在器件精度和干扰造成的误差,且有相位延迟。因此利用实际检测到的电流信号很难精确补偿死区影响,甚至会由于过零点附近的错误补偿造成更大的电流畸变。 现今pmsm的转矩控制多是通过矢量控制实现的,为准确控制电机电流,其电流环响应频率很高,可达到1khz以上,实际电流能够精确跟踪电流指令信号。在高精度的交流伺服系统中,为实现高精度的位置伺服控制需要高分辨率的位置传感器,一般达到16或17位,而高速高精度a/d器件相对成本较高,其分辨率一般为10或12位。由于电流矢量和转子位置相关,如果用位置信号判断电流正负,施加电压死区补偿信号,补偿的精度可以比实际使用的电流信号精度高,且不受干扰信号的影响。 由pmsm矢量图可见,磁场定向控制的电流矢量与转子磁极成90°(电角度),并与转子同步旋转。转子磁极的位置可通过高分辨率的编码器确定,经过转子磁场定向控制,电流按时间变化的电角度和磁极空间变化的空间旋转角度重合,进而可得到电流矢量的空间位置。根据电流矢量的空间位置,可以判断出各相电流的过零点。 磁极的位置角度与电流的相位关系固定,经过分析,我们按如下的位置变化规律进行电压补偿: ·当角度0《θ《π时,ia》0,a相补偿正向电压;反之补偿反向电压。 ·当角度2π/3《θ《5π/3时, ib》0,b相补偿正向电压;反之补偿反向电压。 ·当角度-2π/3《θ《π/3时, ic》0,c相补偿正向电压;反之补偿反向电压。 补偿电压的幅值计算公式为: 其中factor为调整系数,一般取为0.7。 图4和图5为没有加死区补偿和加死区补偿的实验结果比较。由电流波形可以看出,无死区补偿的电流在过零点处产生畸变, 有平的台阶。而加入以上提出的死区补偿方法后,图5所示实际电流跟踪给定电流,得到了效果很好的正弦波形。 逆变器的开关死区效应对交流伺服系统的性能具有较大的影响,因此对开关死区进行校正补偿是必要的。本文在分析了各种死区补偿方法的基础上,提出了一种基于位置检测信号的动态补偿方法。该方法利用高分辨率的编码器来提高电流方向的判断精度,实验证明具有较好的补偿效果。

    时间:2020-05-06 关键词: 电动机 pwm 逆变器

  • 基于步进电机驱动芯片和核步法实现闭环控制电路的设计

    基于步进电机驱动芯片和核步法实现闭环控制电路的设计

    步进电机是将电脉冲信号转换成角位移或线位移的一种装置。它产生的位移与输入脉冲数严格成正比,平均转速与输入脉冲的频率成正比,具有结构简单、可靠性高和成本低的特点。由于步进电机没有积累误差,容易实现较高精度的位移和速度控制,被广泛用于精确控制领域。由步进电机与驱动电路组成的开环数控系统简单并且价格低廉,但有时存在振荡和失步现象,故在复杂电磁环境下或是对精度要求较高的场合下,必须加入反馈电路组成高性能的闭环数控系统。本文采用旋转编码器作为反馈器件对步进电机实行闭环控制。 1THB6064H简介 THB6064H是在东芝公司2009年主推的TB6560AHQ的基础上开发的一款PWM斩波型两相步进电机驱动芯片。该芯片配合简单的外围电路即可设计出高性能、多细分、大电流的驱动电路,在低成本、低振动、低噪声、高速度的设计中应用效果较佳。其主要参数和性能指标有:双全桥 MOSFET 驱动,低导通电阻 Ron=0.4 Ω(上桥+下桥),高耐压 50 V DC,大电流 4.5 A(峰值);多种细分可选(1/2、1/8、1/10、1/16、1/20、1/32、1/40、1/64),自动半流锁定功能,衰减方式连续可调;内置高温保护及过流保护,当温度高于170 ℃时自动断开所有输出;封装形式为HZIP25P1.27封装。 2、控制原理 本文的步进电机闭环控制方法采用核步法。核步法的控制思想是从简化控制系统出发,利用核步计数器对系统位置进行跟踪监视,即时发出反馈控制信号,从而完成对位置的控制。其基本原理如图1所示。单片机接收来自上位机的时序脉冲信号和方向信号,经驱动放大后送往步进电机来控制步进电机工作;步进电机带动编码器同轴旋转,由编码器检测转角度,并以脉冲的形式反馈到单片机进行核步计数;单片机根据脉冲反馈当量值与给定值进行比较,按照核步算法发出控制指令。如果发生丢步,单片机就会根据差值继续发送脉冲,把丢掉的步数补上,从而完成步进电机转动位置的闭环控制。 图1闭环控制原理示意图 3、硬件设计 3.1驱动部分电路 驱动电路以步进电机驱动芯片THB6064H为核心,配合简单的外围电路实现步进电机的驱动。驱动电路如图2所示。 图2驱动电路 驱动电源的电压最高不能超过50 V,要大于芯片逻辑电压。提高驱动电压可使电机在高频范围转矩增大,电压大小要根据使用情况来选择。VMA、VMB端口是步进电机的驱动电源引脚,设计时应接入瓷片去耦电容和电解电容用来稳压。OUT1A、OUT2A、OUT1B、OUT2B 端口分别为步进电机的2相输出接口,由于此芯片内集成了续流二极管,不用像以前的一些驱动芯片那样在输出口外接二极管,因此就可以使电路板的布线空间缩小,从而减小控制器的体积。NFA、NFB端口分别为步进电机A、B两相的相电流检测端,应连接大功率检测电阻,典型值为025 Ω/2 W。VREF为电流设定端,调整此端电压就可以设定驱动电流的大小。PGNDA、PGNDB、SGND分别为步进电机驱动的引脚地和逻辑电源地。芯片的逻辑电源为5 V,VDD端口为逻辑电源引脚,设计时也要接入电容来减小干扰噪声;alert为过流保护输出端;RESET为芯片复位脚,低电平有效;OSC1A、OSC1B端口所接电容的大小决定了斩波器频率,推荐接入100~1 000 pF的电容,此时的斩波频率为400~44 kHz;M1、M2、M3端口分别为步进电机驱动的细分设置引脚,用外接拨码开关可设定不同的细分值,例如整步、1/2步、1/4步、1/8步等,最高可达64细分。由于步进电机在低频工作时,可能会伴有较大的振动和较大的噪声,这些就需要通过细分驱动来解决。驱动输出的电流调节和衰减方式调节都可通过外接拨码开关来实现,电路简单,方便可靠。 3.2反馈控制电路 电路的反馈环节选用增量型旋转编码器与步进电机固定同轴旋转,产生反馈脉冲信号,发送到单片机,经单片机处理后获得步进电机的旋转信息。 3.2.1旋转编码器的工作原理 旋转编码器是一种集光、机、电于一体的转速、位移传感器,具有高频响、分辨能力高、力矩小、耗能低、性能可靠、使用寿命长等优点。旋转编码器包括码盘(编码盘的线数不同)、发光元件、接收元件和信号处理部分。码盘的线数决定了其精度。当步进电机带动码盘旋转时,因刻线处透光,间隔处不透光,透过的光被接收元件接收并输入到信号处理部分,产生脉冲信号输出。旋转编码器一般分为增量式和绝对式:增量式旋转编码器输出脉冲供后续电路计数和旋转方向的判断,能够实现多圈无限累计测量;绝对式旋转编码器以代码的形式输出来表示当前的位置,转动方向是通过代码的变化趋势来确定的[4]。一般相同分辨率的编码器,增量式的要比绝对式的便宜,实际应用中,增量式旋转编码器应用更为广泛。本文选用增量型旋转编码器,有三根信号输出线A相、B相、Z相。当编码器转动时A、B两根线都产生脉冲输出,A、B两相脉冲相差90°相位角,由此可测出编码器的转动方向与电机转速。当正转时,A相脉冲比B相脉冲超前90°,反转时A相比B相落后90°。A相用来测量脉冲个数,B相与A相配合就可测量出转动方向。Z相为零脉冲线,光电编码器在每转一圈的固定位置产生一个脉冲,主要用作计数和基准点定位,一般可以不用该相。 3.2.2控制电路 控制部分电路是以51单片机为控制核心,接收上位机的脉冲信号和方向信号CLK1和CW1经过存储处理后发送给驱动电路部分驱动步进电机工作。另外,单片机还要实时接收来自旋转编码器的反馈脉冲信号,对编码器的两相反馈脉冲信号进行处理,判断步进电机的位置和旋转方向是否与给定信息相符合,如果不相符就调用相应的算法进行自动补偿,最终使步进电机达到预定的位置。由于旋转编码器的分辨率有高有低,如果选择高分辨率的旋转编码器,在细分情况下,当步进电机在最高转速时,要求单片机的相应速度要符合要求。本设计选用的单片机为宏晶科技的STC12C5201单片机,1个时钟/机器周期,增强型8051内核,速度比普通8051快8~12倍。一般程序稍大的可选用STC12C5202或者STC12C5204。编码器与STC12C5201的接口如图3所示。 图3编码器与单片机接口 需要注意的是,上位机向单片机发送控制信号的时候要经过光耦隔离。光耦隔离的作用有两个:第一,防止电机干扰和损坏前级芯片;第二,对控制信号进行整形。对于控制信号CLK和CW/CCW要选用中速或者高速的光耦,以保证信号经过光耦后不会发生延迟或者变形而影响步进电机的驱动。 4、软件设计 软件设计中初始化设置要定义各端口的功能,电机的初始化主要是运行前设置端口的I/O方向,确定所选择的细分驱动方式等。之后,要实时获得电机的工作状态和驱动电机运转,并在中断服务程序中处理电机的丢步和转向控制。现代单片机运行速度都很快,所以对编码器采用软件鉴相,既简化电路结构,又节约成本。将编码器的A相与单片机的外部中断INT0相连,B相与普通I/O口的P1.0相连。由于编码器的A相与B相在输出上有固定的相位关系,正转与反转时编码器的A、B两相的电平信号不同,正转时,每当A相出现高电平的前四分之一周期时,B相为高电平;反转时,每当A相出现高电平的前四分之一周期时,B相为低电平。因此,单片机使用外部中断0来处理编码器数据,把编码器的A相接中断源。在中断服务程序中,程序通过读取B相(P1.0口)的状态来确定编码器的转向,进而完成加1或者减1的双向计数。软件程序流程如图4所示。 图4软件程序流程 结语 本文提出了基于驱动芯片THB6064H的步进电机闭环控制电路设计方案。硬件设计将低成本的51单片机与步进电机专用驱动芯片一体化(目前基本都是分立开的),既可以实现所需功能,又能降低成本。该电路结构简单、动态特性好、适应性强、速度快、精度高、性能稳定。采用编码器作为位置反馈,既能使步进电机达到伺服电机的高速度、高精度效果,又能降低成本,在各种车床、切割机、雕刻机等数控场合有很高的实用价值。

    时间:2020-05-05 关键词: 芯片 pwm 步进电机

  • 噪声对于物联网系统的影响如何消除

    噪声对于物联网系统的影响如何消除

    物联网(IOT)设备的一个关键特性是其在低功耗无线链路传送数据的能力。需要被发送和接收的数据的敏感性质意味着措施需要采取以固定链路。以及使用加密通信,窃听的风险可以通过限制网络上的节点的发射功率,并使用编码方案,使位难以从随机噪声区分被降低。 其结果是,射频灵敏度在提高安全性,因为它允许使用低功率水平和更先进的编码方案所采用了很大的作用。然而,对于接收灵敏度的需求放置在可以在装置内可以容忍的噪声级的严格要求。低能量的无线电接收机通常易受窄带被集中在特定的频率,特别是因为该协议会经常使用窄带信道,使得避免干扰更困难的噪声。 虽然这是可以调整的时钟源,使得内部干扰避免产生与特定RF传输频带干扰谐波的主要原因,对灵活性的需求正在此难以在实践中实现。空白无线电系统如失重需求,该射频子系统是频率捷 - 使得在次,接收器需要抗衡本地产生的干扰。其结果是,电磁干扰(EMI),在电路设计的抑制变得越来越重要。 EMI在任何电子系统的主要是电源子系统。大多数设计提供稳定的电源轨的负载(POL)点已经从使用模拟低压差(LDO)稳压器的移动来提供稳定的电源轨开关模式DC / DC转换器。虽然开关型直流/直流转换器提供高效率,最大限度提高,可以从一个单一的电池充电中回收的能量,它们的开关行为可以是噪声的主要。的主要是用来驱动脉冲宽度PWM转换电路的时钟。 PWM控制方法采用的输出电压的一个样本减去这从基准电压建立了小的误差信号。该误差信号进行比较,以由一个振荡器,其通常运行在一个固定的频率驱动一个常规的斜坡信号。比较器输出可以操作电源开关的数字输出。当电路的输出电压变化时,误差信号也改变,从而使比较器的阈值发生变化。因此,输出脉冲宽度也改变。此占空比变化之后移动的输出电压,以减小误差信号到零,这样就完成了控制回路。 从PWM常规脉冲作为转换器每个循环接通或断开,这取决于斜坡信号的方向,使得在两个线路和中性节点在输入级的输入噪声。这个噪声表现跨开关频率的谐波,因此它可以很容易地达到成用于传输和接收RF范围。以减少被耦合到下游电路的噪声的一种方法是使用EMI滤波器。但是,这些将增加成本和重量对整个系统,其中,在小的IoT和可穿戴设备的情况下,常常是不可接受的。 一种日益流行的替代添加组件是要改变基于PWM转换器本身。虽然脉冲需要在一个合理的定期生成,上用于平滑列于电源轨的电压输出端的电容装置的能量的脉冲不需要在精确的时间被提供。相反,驱动PWM电路的时钟信号可被调制以便与该时钟的干扰分布在更宽的带宽。 该技术最早是近20年前的探索作为降低EMI的一种手段,通过惠普的工程师科内利斯·胡克斯特拉在公司的技术刊物记载,主要是为了应对高次谐波的影响,这被证明更加难以盾反,哪些可以的RF信号和接收质量产生不良影响。胡克斯特拉的论文已经成为了所谓的扩频时钟的标准参考。 霍克斯特拉看到更大的效果与高次谐波:“的频率偏差增加线性的绝对值与谐波数,使频谱能量分布在一个较大的范围内,在高次谐波,而滤波器的在其上的光谱能量被测量的宽度是固定的“。 惠普尝试的第一个方案是基于非常简单的方波调制。结果 - 滞后和过冲的电路意味着时钟频率不会简单地两个离散值之间转换,但没有从一个频率的直接换档。尽管该方案的简单,它成功地传播高峰使设备能够通过FCC辐射测试,惠普担心的时候。 谐波扩展的图像 图1:通过扩频调制传播谐波。 后来尝试扩频调制都集中在更复杂的时钟控制技术,采用正弦波,三角波调制和随机调制。这些技术现在已经从主系统时钟在对噪声敏感的应用中使用的直流/直流转换器和其它电力系统结转。 正弦波的频谱的图像 图2:由一正弦调制器调制的正弦波的频谱。 从尔特的LTC6909扩频振荡器的设计具有直流/直流转换器的工作,如LTM4601以高达10分贝峰值频率提供改进的EMI。对于需要绘制较大功率的量的系统中,LTC6909可以产生多达八个相位同步输出来驱动多个DC / DC转换器。相位同步确保输出纹波,确保将每个转换器的总体时钟周期的不同部分期间切换最小化。 与LTC6909,当启用扩频模式,过滤伪随机噪声被用于调制主时钟信号。该调制产生一个大致平坦频谱,中心在设定频率与带宽等于约百分之二十的中心频率的。用于选择扩频模式MOD引脚的状态决定的调制速率,从FOUT / 16到FOUT / 64。振荡器被优化为500千赫和10兆赫之间的输出频率。 凌力尔特LTC6909的电源调制器的框图。 图3:LTC6909电源调制器的框图。 德州仪器的TPS8267x是一个完整的600毫安DC / DC降压转换器适用于低功耗应用,集成了扩频频率调制器。还包括在封装中的开关稳压器,电感器和输入和输出电容,相适应微型SIP设备到空间敏感的IoT的应用程序。 该转换器工作在规范的5.5 MHz的开关频率,以扩展频谱的支持,使该器件能够替代低噪声线性稳压器更好的电源转换效率。扩频架构由大约±10%的标称开关频率的变化的开关频率,采用了三角波调制的频率。 扩频技术可以扩展超过直流/直流转换器,以于需要隔离电源轨的IoT仪器。 Maxim的集成MAX13253是1,推拉,有其自身的内部振荡器,采用单+3 V至+5.5 V电源变压器驱动器。变压器的次级到初级绕组比率定义了输出电压,允许选择几乎任何隔离输出电压与电流隔离的。 集成振荡器驱动一对用引脚可选扩频振荡n沟道功率开关。进一步降低对EMI是通过使用摆率控制的获得。 随着物联网的应用越来越普遍,并与RF灵敏度关注节能在一起就显得更为重要,我们可以预期,如扩频功率控制技术有待进一步探讨。

    时间:2020-05-04 关键词: 物联网 pwm

  • 变频器的演变过程及工作原理

    变频器的演变过程及工作原理

    简单的说,交交变频器需要使用太多元件,不好控制,而交直交使用的元件少,控制简单,所以目前大多使用交直交结构的变频器。 1、变频器的发展也同样要经历一个徐徐渐进的过程,最初的变频器并不是采用这种交直交:交流变直流而后再变交流这种拓扑,而是直接交交,无中间直流环节。这种变频器叫交交变频器,目前这种变频器在超大功率、低速调速有应用。其输出频率范围为:0-17(1/2-1/3 输入电压频率),所以不能满足许多应用的要求,而且当时没有 IGBT,只有 SCR,所以应用范围有限。 交交变频器其工作原理是将三相工频电源经过几组相控开关控制直接产生所需要变压变频电源,其优点是效率高,能量可以方便返回电网,其最大的缺点输出的最高频率必须小于输入电源频率 1/3 或 1/2,否则输出波形太差,电机产生抖动,不能工作。故交交变频器至今局限低转速调速场合,因而大大限制了它的使用范围。 矩阵式变频器是一种交交直接变频器,由九个直接接于三相输入和输出之间的开关阵组成。矩阵变换器没有中间直流环节,输出由三个电平组成,谐波含量比较小;其功率电路简单、紧凑,并可输出频率、幅值及相位可控的正弦负载电压;矩阵变换器的输入功率因数可控,可在四象限工作。 虽然矩阵变换器有很多优点,但是在其换流过程中不允许存在两个开关同时导通的或者关断的现象,实现起来比较困难。矩阵变换器最大输出电压能力低,器件承受电压高也是此类变换器一个很大缺点。应用在风力发电中,由于矩阵变换器的输入输出不解耦,即无论是负载还是电源侧的不对称都会影响到另一侧。另外,矩阵变换器的输入端必须接滤波电容,虽然其电容的容量比交直交的中间储能电容小,但由于它们是交流电容,要承受开关频率的交流电流,其体积并不小。 交 - 交变频就是直接变频,少了一个环节,但是用的器件量很多,三相的需要 36 个晶闸管,控制复杂。我们老师开玩笑说谁调通了 36 个管子就可以立即毕业。还有交 - 交变频只能往工频一下调节频率,一般调到工频的 1/3-1/2,差不多 20Hz。 2、我们把这种交流变直流而后再变交流这种变频器叫交直交变频器,分为两种,一种是交直交电压型,另外一种是交直交电流型。其中前者广泛使用,现在的通用变频器就是采用这种拓扑。 其特点是:中间为电解电容储存提供母线电压,前级采用二极管不控整流,简单可靠,逆变采用三相 PWM 调制(目前调制算法是空间电压矢量)。由于采用了一定容量的电解电容,所以直流母线电压稳定,此时只要控制好逆变 IGBT 的开关顺序(输出相序、频率)和占空比(输出电压大小),就可以获得非常优越的控制特性。 交—直—交变频器则是先把交流电经整流器先整流成直流电,直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波,再经过逆变器把这个直流电流变成频率和电压都可变的交流电。 交直交变频器又可以分为电压型和电流型两种,由于控制方法和硬件设计等各种因素,电压型逆变器应用比较广泛。传统的电流型交直交变频器采用自然换流的晶闸管作为功率开关,其直流侧电感比较昂贵,而且应用于双馈调速中,在过同步速时需要换流电路,在低转差频率的条件下性能也比较差,在双馈异步风力发电中应用的不多。采用电压型交直交变频器这种整流变频装置具有结构简单、谐波含量少、定转子功率因数可调等优异特点,可以明显地改善双馈发电机的运行状态和输出电能质量,并且该结构通过直流母线侧电容完全实现了网侧和转子侧的分离。电压型交直交变频器的双馈发电机定子磁场定向矢量控制系统,实现了基于风机最大功率点跟踪的发电机有功和无功的解耦控制,是目前变速恒频风力发电的一个代表方向。 此外,还有一种并联的交直交逆变器拓扑结构。这种结构的主要思想是通过一个交直交电流型和一个交直交电压型变频器并联,电流型逆变器作为主逆变器负责功率传输,电压型逆变器作为辅逆变器负责补偿电流型逆变器谐波。这种结构主逆变器有较低的开关频率,辅逆变器有较低的开关电流。同上面提到的交直交电压型逆变器相比较,该拓扑结构具有低开关损耗,整个系统的效率比较高。其缺点也是显而易见的,大量电力电子器件的使用导致成本的上升以及更加复杂的控制算法,另外该种结构电压利用率比较低。 3、尽管交—直—交变频器具有输出频率高、功率因数高等优点,但交—直—交变频器仍存在许多待改进的问题: 当前大功率高电压电力电子器件处在发展期,GTO 元件面临淘汰,IGBT,IGCT 尚待成熟; 采用 IGCT(或者 GTO)、IECT 的变流器,器件故障造成直通短路的保护还是难题;电源侧变流器如果发生直通短路会造成电网短路,所以变流器必须采用高漏抗输入变压器,一般要求 15%,甚至高达 20%; 交—直—交变频器低频运行时过载能力减低,一般运行在 5Hz 以下时变频器过载能力减半; 交—直—交变频器输出 PWM 调制电压波形的电压变化率 du/dt 很高,容易造成电机和电器的绝缘疲劳损伤;输出导线较长时,共模反射电压会在电机侧产生很高的电压,如果是两电平的变流器,这个电压的峰值是直流电压的两倍,如果是三电平的变流器,这个电压的峰值是中间一半电压的三倍; 交—直—交变频器 PWM 调制将产生谐波、噪声、轴电流等问题。

    时间:2020-05-04 关键词: 变频器 pwm 电子器件

  • 软开关半桥DC/DC变换器的知识

    软开关半桥DC/DC变换器的知识

    什么是软开关半桥DC/DC变换器?它有什么作用?首先,半桥DC/DC变换器结构简单,控制方便,非常适用于中小功率场合。硬开关变换器高频时开关损耗很大,严重影响其效率。软开关技术可降低开关损耗和线路的EMI,提高效率和功率密度,提高开关频率从而减小变换器体积和重量。传统半桥变换器有两种控制方法,一种是对称控制,一种是不对称互补控制。本文主要分析实现半桥DC/DC变换器软开关的PWM控制策略。 控制型软开关PWM 控制策略 控制型软开关半桥DC/DC变换器不增加主电路元器件(可增加电感电容元件以实现软开关条件),通过合理设计控制电路来实现软开关。图1给出4种控制型软开关半桥DC/DC变换器的PWM 控制策略。 1 不对称互补脉冲PWM 控制 开关管的控制脉冲不对称互补,采用此控制策略的传统不对称半桥变换器已广泛应用于中小功率场合。其原边开关管实现ZVS的方式有2种:负载电流ZVS方式和励磁电流ZVS方式[1]。其优点是:两个开关管都可实现ZVS;一些可改善移相全桥变换器滞后臂软开关条件的措施也可用于不对称半桥变换器;不存在硬开关中的震荡问题;与移相全桥变换器相比,无循环能量。其缺点是:开关管电压应力和开关管软开关条件不一致,上管较难实现软开关;整流管电压应力不一致,且随占空比变化,一些应用场合一个整流管电压很高,器件较难选择;轻载时会失去软开关条件;变压器直流偏磁,负载越重占空比越小,偏磁越严重;非常不适用于宽输入或宽输出电压的应用场合。 2 移相脉冲PWM 控制 采用此控制策略的半桥也称为双有源半桥[2,3]。 此控制策略与传统的移相全桥拓扑类似,区别在于移相的两个桥臂分布在变压器的原副边。此拓扑中,变压器的漏感是中间储能元件。原副边半桥各产生一个占空比为50%的方波,通过调节输出两个桥之间的移相来控制变压器漏感的能量从而调节输出电压。此拓扑可实现全负载范围的软开关,同时输出又能获得同步整流。其缺点是:循环能量非常大,输出电流纹波大。为了改善输出电流纹波大的缺点,移相ZVS半桥电路被提出[4]。 1.3 脉冲移位PWM 控制 文献[5]提出脉冲移位PWM 控制策略。上管下降沿与下管前沿互补,脉宽相同。可实现下管的ZVS开通,上管仍然是硬开关。其优点是:可减少部分开关损耗;变压器不存在直流偏磁;整流管电压应力对称;宽范围输入上优于不对称半桥。增加辅助电路可实现上管的ZVS[6]. 1.4 不对称脉冲PWM 控制 文献[7]提出不对称脉冲PWM 控制,其下管下降沿与上管的前沿互补,上管可实现ZVS.只要设计的占空比较小,无需其它措施即使工作在较高频率下开关损耗也很小。变压器直流偏磁,除占空比端点外,偏磁电流小于不对称半桥。宽范围适用性优于传统的不对称半桥。低压大电流的应用场合有一定的优势。以上就是软开关半桥DC/DC变换器的解析,希望能给打击帮助。

    时间:2020-05-01 关键词: pwm 软开关半桥 dcdc变换器

  • 你不得不了解的MOS 管驱动电路

    你不得不了解的MOS 管驱动电路

    你知道什么是MOS 管驱动电路吗?它有什么作用?现在的 MOS 驱动,有几个特别的需求 1、低压应用 当使用 5V 电源,这时候如果使用传统的图腾柱结构,由于三极管的 be 有 0.7V 左右的压降,导致实际最终加在 gate 上的电压只有 4.3V。这时候,我们选用标称 gate 电压 4.5V 的 MOS 管就存在一定的风险。 同样的问题也发生在使用 3V 或者其他低压电源的场合。 2、宽电压应用 输入电压并不是一个固定值,它会随着时间或者其他因素而变动。这个变动导致 PWM 电路提供给 MOS 管的驱动电压是不稳定的。为了让 MOS 管在高 gate 电压下安全,很多 MOS 管内置了稳压管强行限制 gate 电压的幅值。在这种情况下,当提供的驱动电压超过稳压管的电压,就会引起较大的静态功耗。 同时,如果简单的用电阻分压的原理降低 gate 电压,就会出现输入电压比较高的时候,MOS 管工作良好,而输入电压降低的时候 gate 电压不足,引起导通不够彻底,从而增加功耗。 3、双电压应用 在一些控制电路中,逻辑部分使用典型的 5V 或者 3.3V 数字电压,而功率部分使用 12V 甚至更高的电压。两个电压采用共地方式连接。 这就提出一个要求,需要使用一个电路,让低压侧能够有效的控制高压侧的 MOS 管,同时高压侧的 MOS 管也同样会面对 1 和 2 中提到的问题。 在这三种情况下,图腾柱结构无法满足输出要求,而很多现成的 MOS 驱动 IC,似乎也没有包含 gate 电压限制的结构。 MOS 驱动有如下的特性: 1、用低端电压和 PWM 驱动高端 MOS 管。 2、用小幅度的 PWM 信号驱动高 gate 电压需求的 MOS 管。 3、gate 电压的峰值限制 4、输入和输出的电流限制 5、通过使用合适的电阻,可以达到很低的功耗。 6、PWM 信号反相。NMOS 并不需要这个特性,可以通过前置一个反相器来解决。以上就是MOS 管驱动电路的解析,希望能给大家帮助。

    时间:2020-05-01 关键词: pwm 三极管 mos

  • 医疗设备开关电源的一些技巧,你知道吗?

    医疗设备开关电源的一些技巧,你知道吗?

    你知道医疗设备开关电源的一些维修技巧吗?随着医学电子技术的高度发展,医疗设备的种类也越来越多,医疗设备与现代医疗诊断、治疗关系日益密切,任何医疗设备都离不开安全稳定的电源,且大部分为开关电源。在日常诊断与治疗过程中往往会遇到设备因电源故障而无法使用,此时就需要医疗服务机构的临床医学工程师结合自身经验和专业知识为临床部门提供迅速、高效的服务。由于医疗设备的特殊性,设备电源互换性差,有的甚至缺少技术图纸,这给维修工作带来极大的不便。 医疗设备开关电源一般可以分为AC/DC 和DC/DC 两大类,一次电源AC/DC 变换器输入为50/60Hz、220V 交流电,必须经整流、滤波,体积较大的滤波电解电容是不可少的,且交流输入必须加上EMC 滤波及使用安全标准的器件。二次电源DC/DC 变换器用以进行功率转换,它是开关电源的核心部分,此外还有启动、过流与过压保护、噪声滤波等电路。输出采样电路检测输出电压变化,并与基准电压比较,误差电压经过放大及脉宽调制(PWM)电路,再经过驱动电路控制功率器件的占空比,从而达到调整输出电压大小的目的。基本结构见图1。 开关电源损坏从损坏元件上大致可分为:① 感性、容性和阻性器件损坏;② 功率半导体器件损坏;③ PWM IC损坏;④ 光电耦合器损坏;⑤ 其他,如晶振、风扇等电源器件损坏。 按电源工作流程上可分为:① 交流输入故障;② DC/DC 变换器故障;③ 驱动电路故障;④ PWM 电路故障;⑤取样电路故障。开关电源故障种类繁多,在此不能一一详列,下面结合实际维修实例对以上2 种分类中典型维修技术进行探讨。 1 输入电路故障 医疗设备开关电源的输入电路一般包括开关、熔断丝、交流抗干扰电路和软启动电路等。开关、熔断丝和交流抗干扰电路故障很容易发现,其中开关损坏可以直接更换,但熔断丝损坏最好检查一下负载是否严重短路,并换上同样安培数的熔断丝通电时监测总输入电流。交流抗干扰电路故障一般因电容器使用时间长而失效较常见。软启动电路是开关电源保护电路之一,开关电源的输入电路大都采用整流加电容器滤波电路设计,在输入电路合闸瞬间。由于电容器上的起始电压为0,会形成很大的瞬间冲击电流。 为此,医疗设备开关电源一般都在输入电路中设置防冲击电流的软启动电路。 常见的软启动电路有热敏电阻防冲击电流电路、SCR-R 电路、继电器与电阻构成的电路、采用定时触发器与限流电阻的电路,以及过零触发的光耦可控硅与双向可控硅构成的电路等。下面以热敏电阻防冲击电流、电路为例简单说明其工作原理:热敏电阻分为正温度系数热敏电阻(PTC)和负温度系数热敏电阻(NTC)。PTC 常态阻值较低。当有过大的异常电流流过时,因PTC 自身发热使其电阻值迅速增加,变大电阻,起限流的作用;NTC 热敏电阻在电源接入瞬间,阻值较大,达到限制冲击电流的作用。 当电路处于正常工作状态时,电阻发热而使其阻值变小。 NTC 热敏电阻防冲击电流电路由于热敏电阻的热惯性,重新恢复原始阻值需要时间,当电源断电后又快速接通时起不到限流作用。输液泵及部分小功率医疗设备电源中很多便采用PTC热敏电阻限流或NTC 热敏电阻防冲击电流电路设计。其中,PTC 热敏电阻在遭遇雷电或强电流的时候容易损坏,始终呈低阻态而通电便烧熔断丝。而NTC 热敏电阻往往出现开路故障,导致一次电源DC 无AC 接入。 2 光电耦合器故障 光耦合器(OpTIcal Coupler)亦称光电耦合器,简称光耦。是以光为媒介来传输电信号的器件,通常把红外线发光二极管与光敏半导体封装在同一管壳内,当输入端加电信号时,发光二极管发出光线,光敏半导体接受光线就产生电信号,从输出端流出,从而实现“电- 光- 电”转换。它广泛应用于信号隔离、开关电路、脉冲放大、固态继电器(SSR)等电路中。另外,利用线性光耦合器可构成光耦反馈电路,通过调节控制端电流改变占空比,达到精密稳压的目的。 光耦能实现电气隔离,还有抗干扰能力强、使用寿命长、传输效率高等优点[3]。但遇到光耦合器性能下降导致电路故障在医疗设备开关电源中还是比较多的。 例1 :Philips BV25 X 线机的电源不少临床医学工程人员都接触过。其中,因光电耦合器性能不良导致无法开机几乎成为该电源的通病。BV25 主电源采用了无触点软启动电路设计。当220V 接入时,一路变压器提供一组28V 和多组7V 电源,28V 经整流稳压后得到+15V 电压向电源控制板提供电源,7V 供给各组光耦合器。电源板上H1 若为绿灯,则大致可判断28V 和7V 输出正常。可控硅V1-V3及光耦(4N25)B1-B6 性能不良均会导致开机失败,判断V3 是否损坏需拆下测量,否则容易误判。 例2 : OHMEDA 2000 婴儿温箱, 温度到设定值后继续上升,报“E013”。查维修手册提示为“Header notswitching off”。排除thermal switch 故障后,最大可能是SSR内光耦合器的性能不良所致,更换该器件后温箱工作正常。 医疗设备开关电源和其他开关电源一样,功率器件是必不可少的。其中用的较多的有功率二极管、可控硅(SCR)和功率场效应管等。在维修过程中,功率器件是重点检查对象,此类器件的损坏,会导致开机保护或烧熔断丝。在维修中发现该类器件损坏时,除更换同参数器件外,还必须检查外围高压电容及限流或电流检测电阻。 例1 :Alcon Universal II 型超声乳化仪开机面板无显示,“Standby”灯闪烁,开关电源有“吱吱”声,可大致判断电源有保护动作。该电源用到了 UC3842、UC3843 和UC3854等PWM IC,各IC 电流检测端均提示过流,且各供电端电压跳变。排除PWM IC 及外围电路损坏后,重点检查功率器件,其中一路电源的开关管(IRF460)击穿,更换该场效应管后又检查了其外围电路,发现与其连接的C26 高压电容(1KV)已击穿,更换C26 后通电,主+24V 输出正常,将机器所有连线恢复,各组电压正常且整机工作稳定。 例2 :SHIMADZU OPESCOPE 50N 型X 线机监视器无显示,指示灯闪烁,该X 线机总供电为220V,而监视器供电为110V,送修前操作人员单独对监视器加220V 后指示灯不亮。该监视器电源采用STR 54041 开关电源厚膜模块设计,其DS 极已击穿,且D1722 被击穿,更换后接假负载各路电源输出正常,恢复电路连线后指示灯亮,机内有“嗒嗒”声,但仍无显示,后检查发现行管Q9 和保险电阻R71损坏,更换后整机工作正常。 3 PWM IC及外围电路故障 电源控制芯片与开关管组合在医疗设备开关电源中应用很普遍,一个电源甚至还会多处用到。PWM 开关稳压或稳流电源的基本工作原理就是在输入电压、内部参数及外接负载变化的情况下,控制电路通过被控制信号与基准信号的差值进行闭环反馈,调节主电路开关器件的导通脉冲宽度,使得开关电源与输出电压或电流等被控制信号稳定。 PWM 的开关频率一般固定,控制取样信号可以构成单环、双环或多环反馈系统,实现稳压、稳流及恒定功率的目的。 同时,可以实现一些附带的过流保护、抗偏磁及均流等功能。 在维修开关电源时,当整流滤波电路、开关管正常情况下,通常要检测PWM IC 及外周电路是否正常,这样会达到事半功倍的效果。PWM IC 基本上都存在IC 供电、基准电压、驱动脉冲、电流检测及取样调整电路等。PWM IC供电一般是主电源经一电阻降压所得,通常称为启动电阻,若该电阻开路或变大,提供给IC 供电低将导致电源不启动。 当供电正常时,重点检查基准电压及驱动脉冲是否正常,然后监测电流传感端电压是否正常,接着要仔细检测传感支路。判断PWM IC 自身故障的方法一般是通过测量引脚间阻抗或给供电端输入标称电压,观察基准电压是否准确。 例1 :北美GS 麻醉机+5V、+12V 电源板无输出。该机器开关电源初级PWM IC 芯片为UC3845,保险和主要功率器件完好,计划先检查PWM IC 芯片供电、基准电压和电流检测端引脚电压,发现+300V 正常,7 脚无电压输入。 原因是100K 启动电阻开路。更换后,PWM IC 供电正常,6 脚输出脉冲波形稳定,+5V、+12V 输出电压正确。 例2 :Stryker 腔镜监视器, 电源由开关管BUK456、UC3824 及外围电路组成。UC3842 因第6 脚与5 脚短路而损坏,BUK456 的DS 极击穿,电流检测电阻开路,且脉冲输出端串联电阻开路,更换上述器件后,工作正常。若只是更换外围电路损坏器件,而未发现UC3842 自身损坏,换上的器件在开机瞬间会重新损坏。因此,在维修中要排除PWM IC 自身故障。 4 其他电源部件故障 在维修当中,往往会遇到一些并非电子器件完全损坏所致的故障。如电容容量变小、线路板部分隐蔽性接触不良、电源灰尘过多或散热不良导致电源不稳定及部分风扇控制电路故障致电源停振等。由于这类问题通过传统检测方法有些困难,因此,根据经验和分析采取替换方式排除。 在维修医疗设备电源时,首先要对灰尘进行处理,可用吸尘器和大功率冷风机清除,在处理过程中要减少人体静电和防止线路板电容器对人体放电。对有大量风扇的电源一定要检查风扇的转速,特别是那些带转速控制或速度检测的风扇,不确定时可采取替换法解决。 例1 :日立7170A 生化仪+5V 开关电源,开机正常工作几分钟后,电源指示灯由绿变灭,+5V 输出停止,散热风扇无明显异常,功率部件和PWM IC 正常,但在做完清洁后未接风扇电源无输出。换上普通的2 线CPU 风扇依然无输出,将该风扇测速线接上并连入线路板后,电源输入正常且可连续工作。因此,可得出原风扇因时间较长转速降低致电源停振的结论。以前,+24V 也出现过此类问题,当时因设备使用较急更换了新的电源模块后恢复正常。 例2 :TOSHIBA 240A 型B 超连续工作时间较长后电源外壳发烫,且经常出现过温保护。该类故障一般是因为内部灰尘过多或内部风扇转速变低致整个电源工作环境变差所致。将电源拆下彻底除尘,更换电源底部和背面风扇后电源温度明显下降,机器工作正常,且1 年未出现故障。 5 小结 医疗设备种类繁多,大功率、大电流的开关电源在医疗设备中应用相当广泛。开关电源故障占医疗设备故障的60% 以上。因此,掌握开关电源的维修是每个临床医学工程人员的基本技能,也是难点。本文只结合实际维修经验对医疗设备开关电源的维修技术进行了探讨,希望更多同行专家提出宝贵意见并对医疗设备开关电源作进一步研究。以上就是医疗设备开关电源的一些维修技巧,希望能给大家帮助。

    时间:2020-04-30 关键词: 开关电源 pwm 医疗设备

  • 高级LED效果灯的电容式感应是如何设计的

    高级LED效果灯的电容式感应是如何设计的

    电容式触摸感应是一项用于在智能手机、平板电脑、液晶和LED电视等各种电子应用中实现直观用户界面(UI)的流行技术。触摸按键正在快速取代传统的机械按键。不过,与本身提供用户触觉反馈的机械按键不同,触摸按键需要额外的组件才能提供反馈。LED广泛用于实现视觉反馈,并为基于触摸的UI提供背光照明。 一些应用除了简单地开启和关闭LED之外还需要更多视觉效果。举例来说,笔记本电脑可在设备待机状态下让电源LED闪烁,亮度发生明暗变化,形成一种所谓的呼吸效应,这也是设备中使用的众多LED效果(淡入淡出或闪烁)之一。高级LED效果结合电容式触摸按键能提高系统的美感并改善用户体验。 我们通常希望使用同一片上系统(SoC)来实现多种特性,从而降低BOM成本。在共有四部分的系列文章中,我们将介绍用同一SoC实现电容式感应和LED照明的不同方面,包括: ●我们将通过实际使用案例简单介绍电容式感应型UI应用中所采用的不同LED照明技术。 ●脉冲宽度调节(PWM)是实现LED效果的常见技术之一。我们将分析采用PWM技术的不同LED效果实现方案,从而探讨如何选择适当的SoC。 ●在同一SoC中整合实现多种特性肯定会充满挑战。要确保设计的高健硕性,就必须解决这些挑战。我们将讨论的常见挑战包括:LED和电容式传感器之间的串扰、驱动强度功能、导致电容式感应子系统内部噪声的LED负载瞬态以及避免方法。 ●功耗优化对于任何电子系统都非常重要。我们将讨论需要LED效果的应用的低功耗设计考虑因素。 LED效果 高效的用户界面设计需要在具备电容式触摸按键情况下提供某种用户反馈功能。当用户按压机械按键时,机械按键本身就具备触觉反馈功能。然而电容式按键则不能提供这种触觉反馈。因此,采用电容式触摸按键的UI可以采用不同的反馈形式,包括视觉、音效、触觉等。根据用户界面设计,也可组合采用多种不同类型的反馈。在这些反馈类型中,用LED实现视觉反馈是一种常见的选择。我们在此将介绍一些不同类型的LED效果及其使用案例。 传感器状态驱动的LED控制 为了改进对用户的视觉反馈或模仿机械开关,LED可在固件中采取多种不同的控制方式。一些常见的方法包括: 1.LED开关 这是最简单的LED效果类型,通常用来显示触摸状态。LED位于传感器导体片背后作为背光。当有触摸时,此LED点亮为按键提供照明,没有触摸时LED就关闭。该应用实例为Samsung Galaxy S4等Android手机的菜单或后退按键。 2.闪烁 电视机制造商通常为不同型号的电视提供标准的遥控器。遥控器上的某些按键可能不支持某些型号的电视机。在此情况下,如果触摸的按键无效,可通过LED闪烁背光效果来发出提示,这是通过周期性开关LED来实现的。 3.切换 设想一下,房间灯光用机械开关控制。按下一次开关,灯会打开。只要开关继续保持这种状态,灯就会一直开着。再按一次开关,灯就会熄灭。切换特性类似于这种机械切换开关。当触摸电容式按键时,相应的LED灯会点亮。即便用户手指离开按键,LED灯还会一直亮着。如果用户再次触摸按键,LED灯就会关闭。也就是说,在每个电容式传感器状态的上升沿,输出状态都会切换其状态,具体如下图所示。CS0反映传感器状态,而GPO0反映LED状态。 图1:LED切换 4.LED开启时间 通常对于电容式按键来说,LED直接位于按键之下,从中心位置发光。用户手指放在按键上,LED就会被隐藏起来。在此情况下,如果用户手刚从按键上拿开LED灯就马上关闭,那么用户可能难以确定按键操作到底成功没有。为此,我们可以让LED在触摸结束后保持“开启”一小段时间,从而为用户提供更好的视觉反馈。这种特性就叫LED开启时间,如图2所示。 图2:LED开启时间 高级LED效果 通过改变LED灯的亮度能够实现许多高级效果。设想一下,一台电视机的前面板可通过触摸按键实现不同操作,包括调节音量等。下图就是电视机面板的一个实例。 高级LED效果灯的电容式感应设计 面板为全黑色,表面光亮,匹配边角设计 和美学效果要求。为了让用户能在黑暗条件下方便控制,按键始终用低亮度LED点亮。如果触摸到按键,LED亮度会提高。 PWM是LED亮度控制应用中的关键技术。通过改变PWM输出的占空比,我们能如图4一样调节LED亮度,从而让用户界面的亮度对应于按键状态和环境光条件。事实上,改变亮度正是呼吸、淡入淡出等高级效果的基础所在。我们将在第二部分介绍PWM的设计参数和多种不同实现方案。 图4:LED亮度控制 1.LED淡入淡出 淡入淡出就是让亮度逐级变化。低亮度变为高亮度叫淡入,相反的就叫淡出。通过不同LED状态之间的一系列小步骤逐渐改变占空比,我们能实现淡入淡出效果。 2.LED呼吸 我们在本文开始处通过笔记本电脑的电源键为例简单介绍了一下呼吸效应。持续地逐渐提升或逐渐下降两级之间的占空比能让LED形成“呼吸”的效果,如图6所示。待机模式下电源按键支持呼吸效应能告诉用户电源按键是活动状态并能进行操作。 图6:LED呼吸 一些厂商已经推出了用单芯片实现上述高级LED效果和电容式感应的可配置型器件,比方说赛普拉斯的CY8CMBR2110和CapSense MBR3.

    时间:2020-04-29 关键词: LED pwm

  • Silanna Semiconductor扩大在集成式有源钳位反激控制器市场的领先优势

    Silanna Semiconductor扩大在集成式有源钳位反激控制器市场的领先优势

    美国加利福尼亚州圣迭戈(San Diego),2020年4月28日 – 功率密度技术的领先厂商Silanna Semiconductor今天宣布扩展行业领先的有源钳位反激控制器(ACF)产品系列。 Silanna Semiconductor致力于通过提供一流的功率密度和效率来应对电源管理的终极挑战,并能够前所未有地为客户节省BoM成本,满足客户的多种需求。在2019年APEC上,Silanna Semiconductor首次发布有源钳位反激式控制器,目前已经满足了客户的需求,并达到了预期的市场渗透率,现已经在集成式ACF市场中占据主导地位。 SZ1110和SZ1130器件是有源钳位反激PWM控制器,集成了自适应数字PWM控制器和其他超高压(UHV)组件,包括有源钳位MOSFET、有源钳位MOSFET驱动器和高压启动单元。这种前所未有的高集成水平有助于设计出更高效、更高功率密度的电源适配器,同时具有更低的BoM成本,能够满足非常耗电的手机、平板电脑、笔记本电脑和视频游戏机等需求。 客户通过访问演示页面,可以看到ACF控制器的演示,针对65W AC/DC电源适配器的全部设计,可以实现94%的效率和27 W/in3的功率密度。展示页还包含广泛的DC/DC和AC/DC产品。 Silanna Semiconductor首席执行官Mark Drucker表示:“不到一年前,我们推出了全球首款有源钳位反激控制器SZ1101,从客户和行业得到了令人难以置信的响应。本次产品系列向更高功率和更小封装尺寸的扩展进一步证明了我们核心功率密度的领导地位。Silanna Semiconductor能够提供具有最高功率密度和更高效率的AC/DC解决方案,同时也具备最高的价值和更低的BoM成本。” 这些器件可以提供反激控制器的简化设计,并具有ACF设计的所有优势,包括可以充分利用反激变压器的漏感能量,并在关断时限制主MOSFET漏极的电压尖峰。SZ1110和SZ1130采用了Silanna Semiconductor的 OptiModeTM数字控制架构,可逐周期地调整器件的工作模式,并根据输入电压和负载来变化,以维持高效率、低电磁干扰(EMI)、快速动态负载调节和其他关键电源参数。 Silanna Semiconductor 市场总监Ahsan Zaman 介绍:“与传统的ACF设计不同,在大批量生产中,不需要钳位电容和变压器漏感的严格公差。SZ1110和SZ1130非常适合于高效率和高功率密度AC/DC电源适配器。这些器件设计用于输出功率高达33W(SZ1110)和65W(SZ1130)的电源适配器,包括USB-PD和快速充电(Quick Charge)等应用。” 基于SZ1110和SZ1130实现的AC/DC电源能够轻松满足严格的美国DoE和欧盟CoC能效,以及空载待机功率等要求。 主要特性: · 集成式UHV有源钳位MOSFET、有源钳位驱动器和高压启动单元 · 超过94%的效率 · 在通用(90~265 Vac)输入电压和负载范围内相对一致的效率 · 高达146 kHz的开关频率 · OptiMode™逐周期自适应数字控制 · 自调整谷底导通模式(VMS) · 多模式操作(突发模式(Burst Mode),准谐振模式(QR),谷底导通模式(VMS)) · 大于6dB的 EMI余量 · 过温保护(OTP),过压保护(OVP),过流保护(OCP),过功率保护(OPP)和输出短路保护 · 低于50mW的空载功耗 · 高达65W的输出功率 · 16引脚SOIC封装 应用领域 · 高功率密度AC/DC电源 · 高效电源适配器 · USB-PD/QC AC/DC电源适配器 · 移动设备电池充电器 供货和价格 产品定价、样片信息和现场演示请通过下述网址查询。

    时间:2020-04-29 关键词: 控制器 pwm acf

  • 用于可变扭矩和恒定扭矩的变速应用中的电机控制PWM模块

    用于可变扭矩和恒定扭矩的变速应用中的电机控制PWM模块

    前言 由于能够节省能源,并采用了更为先进的控制技术,感应电机变速控制在过去十年中的使用量呈现显著增长态势。这对那些只需要在很少的时间段内进行全速运行的应用来说尤其如此,如某些风扇和泵站负荷等。由于线路连接交流电机具有速度难以控制的特征,类似的负荷需求变化过去一直通过控制电机和载荷来进行处理,这与用油门踏板驱动汽车、用刹车控制速度非常相似。然而,通过直接控制电机的运行速度,与直接的线路连接电机操作相比,某些应用可节省高达75%的电能。 在实现对变速交流电机的控制方面,有多种先进程度各不相同的技术。如果所有运行速度都需要高带宽扭矩控制,就要采用转子转速传感器或利用电机本身作为反馈传感器的现场控制技术。由于交流感应电机在本质上不同步,因此完成这一操作所需的计算通常需要一片高性能控制器来完成,比如DSP。然而,实际上很多(如果在数量上不是大多数的话)变速交流电机控制应用只要求适度的扭矩控制性能,频率可以低至5Hz。在这些情况下,只控制电机的波形电压和频率(伏特/赫兹控制)是最为经济的手段。 如果不考虑所选的控制拓扑,不可否认,开发变速驱动器的很大一部分任务就是软件的开发以及与之相关的工具投入。由于MC3PHAC不需要编程,就省去了这一部分要求,从而可以缩短项目的总体开发和调试时间。作为一个“固定”解决方案,平衡这些优势必须以降低灵活性为代价来实现。然而,该解决方案在设计之初就已经充分考虑到这一点,确保通常由高性能交流驱动的大多数系统关键参数都能进行动态配置,从而使MC3PHAC得以用于多数变速配置之中。此外,MC3PHAC还使用了一个串行接口,该接口采用特殊的通信协议,使PC或微控制器可以作为主机来实时配置运行特征并控制电机。例如,通过主机软件,计算机可以对伏特/赫兹关系进行完全控制,使MC3PHAC能用于可变扭矩和恒定扭矩的变速应用中。 先进的电机控制 PWM MC3PHAC功能的核心是一个先进的PWM模块,它是专为满足高性能交流驱动的苛刻要求而设计的。该模块在8 MHz 频率上运行(循环发送间隔时间为125nS),在3组配套PWM中生成6个居中排列的PWM信号。这就使MC3PHAC能直接连接到几乎所有三相交流电机驱动都固有的变频器上,如图1所示。高端PWM信号的极性可以独立于低端PWM极性进行指定。在每个补充信号线对的on-times 之间插入停滞时间,而且停滞时间可以在125 nS的增量内调整为0至32 μS之间的任何值。 图 1. 使用MC3PHAC的典型三相交流电机驱动 PWM信号的频率可以指定为表1显示的4个PWM频率及每个频率的有效PWM分辨率中的一个。每路PWM输出从一个512条目的表中合成而来,该表由8比特值组成,如图2所示。尽管这会把最大值分辨率的输出波形限定在8比特,但并不意味着PWM分辨率本身也限定在8比特,对那些较小的调制指数来说尤其如此。PWM分辨率定义了在整个调制范围(0%到100%)内可以有多少个不同的值,这些值与输出波形的最大值分辨率不同。 表1. PWM频率及相应的分辨率 图2. MC3PHAC中用于波形合成的表 与波形表条目的分辨率相比,对波形失真产生更大影响的另外一个因素就是更新电机波形的取样频率。由于PWM模块的作用如同取样和保持功能,因此波形失真会以两种方式体现出来。首先,取样和保持功能会造成相位滞后,当取样频率降低时相位滞后就会增加。在生成开放环路波形时,通常来讲不会构成问题。然而,当执行任何封闭环路功能(如总线-纹波补偿)时就必须把它考虑进去,这一点留待以后讨论。其次,由于PWM值一直要保持到下一次更新,因此会导致“步进式”波形的出现,与参照正弦波相比,会造成振幅失真。该失真与波形的第一个导数成比例,这意味着从图2中合成的输出波形在零交叉附近快速变化时将会出现更严重的失真。 由于对所有非零导数功能来说,失真与相位的不确定性有关,因此取样频率和输出电机的波形频率也会影响失真。对于除15.9kHz外的所有载波频率来说,MC3PHAC PWM以5.3kHz的取样频率更新,从而导致+/- 95μS的定时抖动。对15.9kHz载波来说,PWM以4kHz的频率更新,其定时抖动为+/-126μS。这会导致与电机波形频率成比例的相位的不确定性,如图3所示。当电机波形的频率降至10Hz以下时,由于达到了512点波形表的相位分辨率,相位抖动没有什么改进。在这两个更新频率上,结果都是电机波形与使用更高波形分辨率的设计相比,前者的精确性更高,但波形更新频率要比后者低。 图 3. 与电机波形频率相关的MC3PHAC相位的不确定性 从图2中我们可以看出,波形中包含了添加到正弦波的第三个谐波成分,与传统的正弦调制相比,它把相到相的调幅提高了15%。然而,由于这种调制技术会导致共模第三谐波频率成分,因此,它把MC3PHAC的使用限制在拥有浮接中心线(floaTIng neutral)的三相负载上。此外,由于输出电压波形的总和不再为零,它还对三相输出的合成技术带来限制。 运行模式 MC3PHAC可以运行于以下两种模式之一:独立模式或主机模式。 模式选择在加电启动时根据管脚20的状态进行。下面将详细介绍这两种模式。 独立模式 在这种模式中,MC3PHAC运行参数通过连接到设备的无源组件来在加电启动时配置。一旦MC3PHAC确定没有外部主机(管脚20处于高电位),它就开始询问外部连接的电阻器网络以获取运行参数,如速度范围、停滞时间和电源稳压器等。其它参数在系统运行过程中继续实时输入,如开始/停止、前进/后退、电机速度、PWM频率、总线电压和加速度等。从系统的总成本角度看,独立模式是最经济的模式,因为在MC3PHAC运行时不需要主机控制器。图4显示了独立模式中使用MC3PHAC的电路示意图。 图4. 以独立模式运行的MC3PHAC示意图 主机模式 MC3PHAC的第二种运行模式称为主机模式,该模式利用一台运行主机软件(可以从摩托罗拉公司购买)的PC或模仿主机软件命令的微控制器。与使用离散组件来指定运行参数不同的是,它们直接从主机上通过软件进行控制。 在加电启动后,MC3PHAC可以通过读取管脚20的值(逻辑低电位)检测到外部主机。在MC3PHAC继续初始化,进入一个惰性的安全状态后,它仍然处于休眠状态,等待串行接口接到指定运行参数的命令。在接受到某些关键参数(如PWM极性和停滞时间信息等)前,MC3PHAC不允许激活电机。主机模式允许外部控制器监视并控制MC3PHAC运行的所有方面。与独立模式相比,它允许对系统的运行环境进行更全面的控制,详见下表。 表2. 独立运行模式和主机运行模式比较 在主机模式中,我们甚至可以通过互联网进行远程控制。通过运行连接到MC3PHAC的独立服务器应用(也可以从摩托罗拉购买),运行前面提到的主机软件的远程计算机可以从世界的一个地方对另一个地方的电机进行控制。 图5. 主机模式下的MC3PHAC 示意图 主机模式下使用MC3PHAC的电路示例如图5所示。 图 6 显示了使用摩托罗拉接口主机软件控制MC3PHAC的GUI。 图 6. MC3PHAC使用的主机软件GUI界面 总线涟波消除 在很多交流驱动中,变频器由一个拥有较大并联连接的电容器(作用如同一个能量库)的直流总线供电。为了防止总线上的波动影响到电机波形,该电容器的容量通常设计得很大,特别是使用标准的整流器为总线供电时。这些波动可能是交流电源线上产生的电涌造成的,也可能是电机快速减速的再生,甚至可能是由交流电路整流引起的更高频率波动。由于MC3PHAC采用较高的总线反馈取样频率,所有这些失真都可以进行补偿。根据PWM频率,每18?或252μS取样DC_BUS输入管脚,读数被用来实时补偿调制指数以调整电机电流。尽管很多交流驱动都实施相似的功能,但由于它们的总线电压取样频率太低而不能进行实时涟波去除,因此它们只能对较低的频率失真进行补偿。 请参见图7,假设晶体管以零停滞时间以补充方式驱动,定义输出波形平均电压的方程式如下: 方程式1 其中,表示平均输出电压th(t)表示PWM波形的峰值时间 T表示PWM时间段Vbus(t)表示直流总线的电压 图7. 从半桥中生成的PWM波形 需要注意的是,方程式1并没有假定Vbus 是一个常量,而是时间T的一个函数。然而,让我们假设Vbus有一个最合适的值,并把这个值称为Vnorm,这样一来,当Vbus(t)等于Vnorm时,根据指定的PWM高时间和时段,就等于值。然而,当Vbus(t)不等于Vnorm时,通过在方程式1中为调制项 th(t)/T应用一个修正因子,仍然有可能和相等,如方程式2所示。 其中,Vnorm表示Vbus(t)的最佳值或参照值[ ]内的项是修正因子 由于略去了Vbus(t) 项,我们发现,总线电压中的任何干扰都不会影响输出电压。而且,由于th(t)/T比总是一个正的小数值,所以我们必须保证不管希望输出什么样的波形,都应该进行适当调整和偏移以反映这一点。举例来说,如果需要正弦调制,那么正弦波调幅就应该进行调整,使它不超过最大值1,而且波形应偏移1/2,以实现动态范围的完全利用。如果我们修改方程式2来反应这一点,计算输出的所有三种相位,我们会得出如下方程式: 其中,X是输出相位的编号(1,2,3) WO是输出波形的频率M是调制指数(0到1) 方程式3消除了输出波形的所有总线涟波。然而,这并不是最理想的状况,因为输出波形在1/2 Vnorm固定电压上有一定的误差,真正的固定电压应该是1/2 Vbus(t)。需要注意的是,调制模型由两项组成,分别是1/2 直流项和交流正弦项。在方程式3中,这两项都可以修正,事实上却只有交流项可以修正。如果我们从直流项对修改进行去耦操作,交流波形就可以在地面和Vbus(t)的动态范围内以自我为中心。重新书写方程式3来实现去耦,我们就可以得出方程式4。 这是MC3PHAC中使用的技术。Vbus(t)在每个PWM更新间隔(18?或252μS)进行取样,并被分成表示3.5伏Vnorm值的数。由此产生的修改因子只被应用到调制指数(M)中,以修改Vbus(t)中因干扰引起的输出波形的任何失真。由于直流项不能应用修改因子,在偏压上就会出现一个人为产生的噪声(Noise Artifact)。然而,由于这个噪音对所有三个输出波形来说是共模信号,它将被电机拒绝,假定它的中间节点是浮动的。 图8显示了1/2hp电机的实际电流波形图,该电机由60 Hz上的单相115 V交流输入电压提供电源,且有大量的总线涟波。在第一个波形图中,MC3PHAC 总线涟波消除功能被关闭,波形中的失真反映了这一点。第二个波形图显示了同样的情况,但我们明显地看到它的总线涟波消除功能被激活并有效地消除了涟波。 图8. MC3PHAC的总线涟波消除功能的影响 速度整平和更改 假定ACCEL管脚上的电压保持一个常量,或者加速度值通过主机软件被设置为一个常量,MC3PHAC就会生成一个线速配置文件。为了获取其它类型的配置文件,当速度沿斜线上升时,加速度值必须动态变化。例如,为了获得抛物线速度配置文件,当速度沿斜线上升时,加速度必须在线性配置文件中变动。 MC3PHAC中的速度配置程序(velocity Profiler)不但要负责控制电机的速度,还要负责控制电机的电压,因为这两者在每赫兹伏特控制器中彼此相关。为了实施MC3PHAC中嵌入的所有功能,速度配置程序每秒需要进行很多计算,这会影响到速度更新的频率。如果计算频率太低,就会创建步进式速度配置文件,从而导致速度沿斜线上升时产生扭矩干扰和振动。 MC3PHAC采用两种技术来共同消除这个问题。第一种技术是速度整平,如图9所示。 图 9. 速度整平(Velocity Pipelining) 各个垂直的分区表示PWM的更新间隔。正如我们所看到的,在每16个更新间隔上,触发一次速度配置程序以合成新的速度和电压信息。在图中,速度配置程序的第一次触发生成一个标为w2的速度。 然而,需要指出的是,应用到该电机的PWM波形直到后来才反映该转速。这种“整平”的作用允许PWM波形在原有的速度数据上构建,同时速度配置程序生成新的速度数据。由于速度配置程序的速度输出波形的绝对时间参照是任意的(过度再生情况中的减速放缓除外),这种速度整平表示的相位延迟将不会对系统造成负面影响。 为了进一步提高速度波形的分辨率,MC3PHAC还采用了一种修改技术,允许速度波形在每个PWM更新间隔上根据新的值进行更新。图10显示了一个速度上升的波形示例,其中来自配置程序的各个具体的速度输出值分别用一个圆点表示。这些更新每3或4μS发生一次(视PWM频率情况而定),在加速和减速过程中还可能导致电机达不到最优性能。 每次触发配置程序时,都会提供三个输出值,分别是原有速度、“delta”速度和调制指数(未在图10中显示)。在每个PWM更新间隔,delta速度值都会分成更细的速度增量。通过在每次更新PWM时把这些增量添加到原有的速度值中,就会生成一条新的速度曲线,该曲线增加了16x分辨率,所图10所示。因此,电机可以非常平稳地从一个速度过渡到另一个速度。 图10. 速度修改(Velocity Pipelining) 系统监视和保护 由于MC3PHAC设计用来控制处理危险的高电压和高电流的逆变器,因此它融入了一系列系统监视和保护功能。在有些情况下,当探测到问题时,MC3PHAC会立即做出响应,努力降低故障的影响。在另外一些情况中, PWM会立即关闭,直到问题解决,同时完成超时操作,表明可以安全重启。对两种类型的故障模式(低Vdd 和晶体探测丢失)来说,MC3PHAC会重启,致使PWM立即进入高抗阻状态,并迫使重新设置连接到复位管脚的所有外部硬件。每种保护功能都按问题的严重性在下面进行详细讨论。 高总线电压 由于MC3PHAC 为交流驱动提供的PWM类型会导致变频器的完全4 象限运行,因此能量可从电机回传给直流总线。然而,在很多情况下,会阻止这种能量返回交流主线,而是作为1/2CV2储存在总线电容器中。在大多数情况下,这种情况都是电机大幅减速的结果。如果总线电压超过表2中描述的“总线电压Decel值”的限制,MC3PHAC就会减缓降速以调整再生处理。而且,如果总线电压超过表2中描述的“总线电压Decel值”限制,MC3PHAC就会激活RBRAKE管脚,在电容器上打开一个电阻负载,释放再生能量而不是把它储存起来。图11显示了通过1/2 hp电机的加速和减速获得的波形及其对总线电压的相应影响。在这种情况下,只使用电阻制动来限制总线电压,并把“总线电压Rbrake值”设置为其默认值的110%。 图11. 用RBRAKE Clamping加速和减速时直流总线的电压 过高的总线电压 如果上面描述的技术在限制直流总线电容器上的电压时并不成功,总线电压超出表2中描述的“总线电压过压值”限制,PWM输出就立即关闭。在总线电压降至安全限制范围内前,它会一直保持关闭状态,并出现指定的超时操作,显示可以安全地为变频器接通电源。 低压总线 如果总线电压降得过低(如在电力管制条件下),某些由总线供电的系统的功能就会不稳定,导致其它系统问题。如果总线电压降至表2中描述的“总线电压过压值”门限以下,PWM输出将被关闭,并根据上面对过压条件的描述重新激活。 外部故障条件 MC3PHAC内置有一个称为“FAULT IN”管脚的特殊输入单元,以处理其它系统故障。用户应自己决定该管脚监视哪些系统参数。与以前讨论过的故障模式不同,那些故障模式都是基于以PWM更新取样频率对DC BUS IN管脚的取样,而它则是数字输入,一旦确定是数字输入,就会在使用后立即关闭PWM。如果输入被拒绝,PWM就会在指定的超时,表明可以安全地为变频器接通电源后重新激活。 时钟检测丢失 放松MC3PHAC的输入时钟(或任何标准的微型时钟或DSP)可能意味着电机控制系统的潜在危险环境。事实上,有些法律机构正强制要求对某些设备应用进行“失效晶体”测试,以确认所有可能造成安全危险的应用的电源都已关闭。在交流电机控制系统中,最可能出现的故障是PWM信号可能冻结于目前条件,使变频器中的某些晶体管打开。这样,电机、变频器或两者就很容易毁坏。借助MC3PHAC,这些问题将不复存在,因为如果输入时钟丢失,设备会立即重新设置系统并关闭PWM输出。 低Vdd保护 与输入时钟的丢失一样,较低的Vdd 值可能导致危险的系统故障,因为MC3PHAC和其它关闭Vdd的电路功能会发生混乱。MC3PHAC内置一个板上电压监视器,当Vdd 的电压降到4伏以下时,它会重新复位系统。它允许使用5伏电源,不管其输出电压是否规定为5%或10%的容许量。 结论 到此,我们已经全面介绍了一款控制交流感应电机速度的器件,它可以应用到大多数开放式环路、伏特/赫兹控制的应用中而无需对其进行编程。这样就可以极大地减轻一线开发工作量并降低开发成本,同时它还保持了一定的灵活性,以满足众多变速应用的要求。 MC3PHAC向市场推出几种标准封装。其中有两种28管脚封装:28管脚、6英寸宽、塑料DIP和28管脚塑料SOIC。此外,我们还提供32管脚(QFP) 塑料四方扁平封装。所有封装都能在从-40℃ 到105℃的温度范围内工作。目前,该芯片还可以提供无铅封装的版本。

    时间:2020-04-26 关键词: 电机控制 驱动器 pwm

  • 一种在工业领域使用的开关设备,高频逆变器的工作原理和分类

    一种在工业领域使用的开关设备,高频逆变器的工作原理和分类

    什么是高频逆变电器?它的工作原理以及分类依据是什么?高频逆变电器是一种在工业领域使用的开关设备,高频逆变器的工作原理是什么,这种设备是采用程序逻辑进行控制的。高频逆变器可以使用在电信行业,是一种计算机房的一种开关设备。这种电源可以使用在太阳能行业和发电行业,是一种采用数据线输出的开关电源装置,是非常的安全的。本文主要介绍的是高频逆变器的工作原理及高频逆变器和低频逆变器的区别,具体的跟随小编来了解一下。 高频逆变器的工作原理 高频逆变器是一种DC to AC的变压器,它其实与转化器是一种电压逆变的过程。高频逆变器的工作原理,转换器是将电网的交流电压转变为稳定的12V直流输出,而逆变器是将Adapter输出的12V直流电压转变为高频的高压交流电;两个部分同样都采用了用得比较多的脉宽调制(PWM)技术。其核心部分都是一个PWM集成控制器,Adapter用的是UC3842,逆变器则采用TL5001芯片。TL5001的工作电压范围3.6~40V,其内部设有一个误差放大器,一个调节器、振荡器、有死区控制的PWM发生器、低压保护回路及短路保护回路等。 1、输入接[部分:输入部分有3个信号, 12V直流输入VIN、工作使能电压ENB及Panel电流控制信号DIM。VIN由Adapter提供 , ENB电压由主板上的MCU提供,其值为0或3V ,当ENB=0时,逆变器不工作,而ENB=3V时,逆变器处于正常工作状态而DIM电压由主板提供,其变化范围在0~5V之间,将不同的DIM值反馈给PWM控制器反馈端,逆变器向负载提供的电流也将不同,DIM值越小,逆变器输出的电流就越大。 2、电压启动回路: ENB为高电平时,输出高压去点亮Panel的背光灯灯管。 3、PWM控制器:有以下几个功能组成:内部参考电压、误差放大器、振荡器和PWM、 过压保护、欠压保护、短路保护、输出晶体管。 4、直流变换:由MOS开关管和储能电感组成电压变换电路,输入的脉冲经过推挽放大器放大后驱动MOS管做开关动作,使得直流电压对电感进行充放电,这样电感的另一端就能得到交流电压。 5、LC振荡及输出回路:保证灯管启动需要的1600V电压,并在灯管启动以后将电压降至800V。 6、输出电压反馈:当负载工作时,反馈采样电压,起到稳定逆变器电压输出的作用。 高频逆变器的分类 1、方波逆变器 方波逆变器输出的交流电压波形为方波。此类逆变器所使用的逆变线路也不完全相同,但共同的特点是线路比较简单,使用的功率开关管数量很少。设计功率一般在百瓦至千瓦之间。方波逆变器的优点是:线路简单、价格便宜、维修方便。缺点是由于方波电压中含有大量高次谐波,在带有铁心电感或变压器的负载用电器中将产生附加损耗,对收音机和某些通讯设备有干扰。此外,这类逆变器还有调压范围不够宽,保护功能不够完善,噪声比较大等缺点。 2、阶梯波逆变器 此类逆变器输出的交流电压波形为阶梯波,逆变器实现阶梯波输出也有多种不同线路,输出波形的阶梯数目差别很大。阶梯波逆变器的优点是,输出波形比方波有明显改善,高次谐波含量减少,当阶梯达到17个以上时输出波形可实现准正弦波。当采用无变压器输出时,整机效率很高。缺点是,阶梯波叠加线路使用的功率开关管较多,其中有些线路形式还要求有多组直流电源输入。这给太阳电池方阵的分组与接线和蓄电池的均衡充电均带来麻烦。此外,阶梯波电压对收音机和某些通讯设备仍有一些高频干扰。 高频逆变器特点 1、 输入电压范围宽,稳压精度高,环境适应能力强; 2、 采用专用微处理器控制,数字技术,国际领先; 3、纯正弦波输出,优异的电气性能指标; 4、 LED+LCD液晶显示,人机界面友好,直观方便,可随时显示逆变器工作状态、负载状态、环境状态及参数; 5、任意选择旁路优先或逆变优先; 6、 输入输出电气隔离,能承受计算机负载开机浪涌冲击; 7、 高效逆变,低空载损耗; 8、 制造工艺先进,产品大方美观; 9、 具有输入过、欠压、接反保护;输出过载、短路保护;市电旁路高、低压等一系列保护; 10、 无直流的情况下,可以交流开机起动; 11、 全自动化维护,适用无人值守机站。 高频逆变器和低频逆变器的区别 1、按照电气和电子工程师学会(IEEE)制定的频谱划分表,低频频率为30~300kHz,中频频率为300~3000kHz,高频频率为3~30MHz,频率范围在30~300MHz的为甚高频,在300~1000MHz的为特高频。相对于低频信号,高频信号变化非常快、有突变;低频信号变化缓慢、波形平滑。 2、电源与信号是不一样的,电源板提供的电压一般频率为0(直流电源)或者50Hz(交流电源)。信号可以说是高频还是低频(或者其他频率),电源板就不好说了,因为它只是用来供电的,频率很低,一定要说的话也只是低频。 3、高频逆变器的的好处主要是重量轻体积小,待机功率小,效率比较高(相对会省电一些)。缺点是抗冲击性不如工频逆变器(也就是你说的低频)好,可能带不了食物搅拌机,手电钻之类的电器。低频的缺点是比较重,比较大,价格可能也会略贵,自身损耗会稍大一些(有点费电)。优点是比较皮实,带冲击性电器的能力会好一些。以上就是高频逆变电器的解析,希望能给大家帮助。

    时间:2020-04-25 关键词: pwm 高频逆变电器 低频逆变器

  • 电流互感器的工作原理

    电流互感器的工作原理

    什么是电流互感器?它的作用是什么?互感器是供电系统的重要设备,其故障最初都伴随着局部或整体的温度异常,红外热像仪可简便、安全、实时、直观地检测和诊断设备故障,确保设备安全和长期运行。 电流 / 电压互感器简介 为了保证电力系统安全经济运行,必须对电力设备的运行情况进行监视和测量。但一般的测量和保护装置不能直接接入一次高压设备,而需要将一次系统的高电压和大电流按比例变换成低电压和小电流,供给测量仪表和保护装置使用。执行这些变换任务的设备,最常见的就是我们通常所说的互感器 . 进行电压转换的是电压互感器( potentialtransformer),简称 PT。而进行电流转换的互感器为电流互感器(current transformer),简称为 CT。 电流互感器的作用: 1、将很大的一次电流转变为标准的 5 安培; 2、为测量装置和继电保护的线圈提供电流; 3、对一次设备和二次设备进行隔离。 电压互感器的作用:把高电压按比例关系变换成 100V 或更低等级的标准二次电压,供保护、计量、仪表装置使用。同时,使用电压互感器可以将高电压与电气工作人员隔离。 一、电流互感器过热一般有以下原因: 1、因内、外接头松动,一次过负荷或二次开路造成过热。 2、因铁芯或零件松动,电场屏蔽不当,二次开路或电位悬浮,末屏开路及绝缘损坏造成过热。 二、电压互感器一般过热有以下原因: 1、产品质量不好:如果由于产品本身绝缘、铁芯叠片及绕制工艺不过关等,均可使电压互感器发热过量使绝缘长期处于高温下运行,从而导致绝缘加速老化,形成恶性循环。 2、过载、三相不平衡、谐振造成 PT 内部绕组发热增加,尤其是在电压高于 PT 额定电压情况下,PT 内部发热更加严重。 三、红外热像仪一般有以下应用: a)检测因接头连接不良,螺栓,垫圈未压紧或过紧造成的过热。 b)电流互感器、电压互感器因漏油会造成缺油或假油位。由于油面上下介质热物性参数差异较大,会在设备外表面产生与油位对应的明显温度梯度,也可以用红外检测方法发现。 c)检测设备由于过热 / 三相不平衡 / 谐振引起的局部过热。 d)检测由于铁芯质量不佳或片间局部绝缘破损,引起的铁芯局部过热。 Fluke 已申请专利的 IR-Fusion 技术除了拍摄红外图像外,还同时捕获一幅数字照片,将其融合在一起,有助于识别和定位故障,从而能够在第一时间正确的修复故障。 Fluke Ti 系列热像仪配备了功能强大的软件,用于存储和分析热图像并生成专业报告。通过该软件,可以对存储在从热像仪下载的图像中发射率、反射温度补偿以及调色板等关键参数进行调节,而这些都可以在办公室进行,提高了检查的安全性和方便性。 四、操作可能会遇到哪些问题? 如果没有加载运行或者负荷很低,则会使设备故障发热不明显,即使存在较严重的故障,也不可能以特征性热异常的形式暴露出来。只有当设备在额定电压下运行,而且负荷越大时,发热及温升才越严重,故障点的特征性热异常也暴露得越明显。因此在进行红外检测时要尽量保证设备在额定电压和满负荷下运行,即使不能做到连续满负荷运行,也应编制一个运行方案,以便在检测前和检测过程中,能让设备满负荷运行一段时间(如 4~6h),使设备故障部位有足够的发热时间,并保证其表面达到稳定温升。 设备内部故障出现在电气设备的内部,因此反映的设备外表的温升很小,通常只有不到 1℃。检测这种故障对热像仪的灵敏度要求较高。 五、如何才能拍摄清晰的热像图? 互感器通常处于环境温度下,要得到一幅清晰的红外热图,我们建议: 1、应用于温差小的场合时,尽量选择热灵敏度较高的热像仪。 2、对于高反射的设备表面,应该采取适当措施来减少对太阳辐射及周围高温物体辐射的影响。或者改变检测角度,找到能避开反射的最佳角度进行检测。 3、先使用自动模式测量设备的温度范围;然后手动设置水平及跨度,将温度范围设置在最小,并包含有先前测量的温度范围(各款仪器最小温度范围不同)。 4、调色板模式最好设置在灰度或铁红,这样热像图较为清晰。 好啦,以上就是安泰测试为大家总结关于红外热像仪的小知识啦,这些知识的运用还需要大家在实践中不断总结。

    时间:2020-03-30 关键词: igbt pwm 红外热像仪

  • 如何选择加速传感器?

    如何选择加速传感器?

    很多人都知道加速度传感器,那么应该如何选择呢?这个是最先需要考虑的。这个取决于你系统中和加速度传感器之间的接口。一般模拟输出的电压和加速度是成比例的,比如 2.5V 对应 0g 的加速度,2.6V 对应于 0.5g 的加速度。数字输出一般使用脉宽调制(PWM)信号。 如果你使用的微控制器只有数字输入,比如 BASICStamp,那你就只能选择数字输出的加速度传感器了,但是问题是你必须占用额外的一个时钟单元用来处理 PWM 信号,同时对处理器也是一个不小的负担。如果你使用的微控制器有模拟输入口,比如 PIC/AVR/OOPIC,你可以非常简单的使用模拟接口的加速度传感器,所需要的就是在程序里加入一句类似"acceleration=read_adc()"的指令,而且处理此指令的速度只要几微秒。 测量轴数量: 对于多数项目来说,两轴的加速度传感器已经能满足多数应用了。对于某些特殊的应用,比如 UAV,ROV 控制,三轴的加速度传感器可能会适合一点。 最大测量值: 如果你只要测量机器人相对于地面的倾角,那一个±1.5g 加速度传感器就足够了。但是如果你需要测量机器人的动态性能,±2g 也应该足够了。要是你的机器人会有比如突然启动或者停止的情况出现,那你需要一个±5g 的传感器。 灵敏度 一般来说,越灵敏越好。越灵敏的传感器对一定范围内的加速度变化更敏感,输出电压的变化也越大,这样就比较容易测量,从而获得更精确的测量值。 带宽 这里的带宽实际上指的是刷新率。也就是说每秒钟,传感器会产生多少次读数。对于一般只要测量倾角的应用,50HZ 的带宽应该足够了,但是对于需要进行动态性能,比如振动,你会需要一个具有上百 HZ 带宽的传感器。 电阻 / 缓存机制 对于有些微控制器来说,要进行 A/D 转化,其连接的传感器阻值必须小于 10kΩ。比如 Analog Devices's analog 加速度传感器的阻值为 32kΩ,在 PIC 和 AVR 控制板上无法正常工作,所以建议在购买传感器前,仔细阅读控制器手册,确保传感器能够正常工作。以上就是加速度传感器的选择方法,希望能给大家帮助。

    时间:2020-03-29 关键词: 传感器 微控制器 pwm

  • LED驱动电源的详细讲解

    LED驱动电源的详细讲解

    繁华的城市离不开LED灯的装饰,相信大家都见过LED,它的身影已经出现在了我们的生活的各个地方,也照亮着我们的生活。随着LED的应用日益广泛,LED驱动电源的性能逐渐提高。通常情况下:LED驱动电源的输入包括高压工频交流(即市电)、低压直流、高压直流、低压高频交流(如电子变压器的输出)等。下面我们全方位的了解下LED驱动电源,其实没那么复杂~ 一、什么是LED驱动电源 LED驱动电源其实说白了就是电源的一种,只不过是一种特定的电源,这种电源以电压或者电流来驱动LED发光。因此LED驱动电源输入部分一般包含几个部分:工频市电、低压直流、高压直流、低压高频交流等;而输出则大多数为可随LED正向压降值变化而改变电压的恒定电流源。LED驱动电源核心元件包括输入滤波器件、开关控制器、电感、MOS开关管、反馈电阻、输出滤波器件等。另外有些驱动电源还有输入过压/欠压保护开路保护、过流保护等。 二、LED驱动电源特点 1、高可靠性:特别像LED路灯的驱动电源,装在高空,维修不方便,维修的花费也大; 2、高效率:LED是节能产品,驱动电源的效率要高。对于电源安装在灯具内的结散热非常重要。电源的效率高,那么它的耗损功率也就小,在灯具内部的发热量就小,灯具的温升也会小有利于延缓LED的光衰; 3、高功率因素:功率因素是电网对负载的要求。一般70W以下的用电器,没有硬性指标。虽然功率不大的单个用电器功率因素低一点对电网的影响不大,但是晚上照明量大,同类负载太过于集中,会对电网产生较严重的污染。对于30W~40W的LED驱动电源,或许在以后会对功率因素方面有一定的指标要求; 4、驱动方式:目前一般有两种驱动方式:①一个恒压源供多个恒流源,每个恒流源单独给每路LED供电。这种方式,组合灵活,一路LED故障,不影响其他LED的工作,但成本会略高一点;②直接恒流供电,LED串联或并联运行。它的优点是成本低一点,但灵活性差,还要解决某个LED故障,不影响其他LED运行的问题; 5、浪涌保护:LED抗浪涌的能力是比较差的,特别是抗反向电压能力。加强这方面的保护也就显得很重要。有些安装在户外的LED,比如LED路灯。由于电网负载的启甩和雷击的感应,从电网系统会侵入各种浪涌,有些浪涌会导致LED的损坏。所以LED驱动电源要有抑制浪涌的侵入、保护LED不会被损坏的能力。 6、保护功能:电源除了常规的保护功能外,最好在恒流输出中增加LED温度负反馈,防止LED温度过高; 7、防护方面:对于安装在户外或者复杂的环境的灯具,电源结构需要有防水、防潮耐高温等要求; 8、安规:LED驱动电源产品需要符合安规标准和电磁兼容的要求; 9、其他:例如LED驱动电源需要与LED寿命相匹配等。 三、LED驱动电源分类 1、按驱动方式分为恒流式和恒压式 1)恒流式:恒流式电路特点是输出电流恒定,输出电压随着负载电阻大小变化而变化,恒流式电源驱动LED是较为理想的方案并且不怕负载短路,LED亮度一致性较好。缺点:成本昂贵、禁止负载完全开路、LED数量不宜过多,因为电源都有最大承受电流以及电压。 2)恒压式:恒压式驱动电路特点是输出电压恒定,输出电流随着负载电阻大小变化而变化,电压不会很高。缺点:禁止负载完全短路、电压波动会影响LED亮度。 2、按电路结构分为电容降压、变压器降压、电阻降压、RCC降压、PWM控制式 1)电容降压:采用电容降压方式的LED电源容易容易受电网电压波动的影响,冲击电流过大,电源效率低,但是结构简单 2)变压器降压:这种方式转换效率低下,可靠性不高,变压器笨重 3)电阻降压:这种方式与电容降压方式差不多,只不过电阻需要消耗更大的电能,因此电源效率也是比较低下; 4)RCC降压式:这种方式应用的就多一点,不仅因为它的稳压范围宽,同时它的电源利用效率也能达到70%多,但是它的负载电压纹波较大; 5)PWM控制式:采用PWM这种方式就不得不提一下了,因为就现在而言PWM控制方式设计的LED电源是比较理想的,这种LED驱动电源输出电压或电流都很稳定,电源转换效率也能达到80%,甚至90%以上,值得注意的是,这种电源还可以附加多重保护电路。 3、按输入输出是否隔离可分为隔离式和非隔离式 1)隔离式:隔离是为了安全起见,通过变压器将输入输出进行隔离。常见拓扑类型有正激式、反激式、半桥式、全桥式和推挽式等。正激式和反激式拓扑多用于小功率场合,器件少而简单易行,其中反激式的输入电压范围宽,常与PFC结合在一起,其应用更加广泛是反激式隔离驱动。 2)非隔离式:隔离型驱动器一般由电池、蓄电池、稳压电源供电,主要用于便携式电子产品、矿灯、汽车等用电设备。虽然LED在生活中处处可见,但是LED也还有一些不足需要我们的设计人员拥有更加专业的知识储备,这样才能设计出更加符合生活所需的产品。

    时间:2020-03-27 关键词: pwm 浪涌保护 led驱动电源

  • 开关电源和普通电源的区别

    开关电源和普通电源的区别

    大家知道比开关电源和普通电源的区别吗?本文主要是对比开关电源和普通电源有何不同之处,并详细介绍开关电源的概念、特点、分类以及两种之前的区别等,让大家能更清晰地了解开关电源相关知识~ 什么叫开关电源? 随着电力电子技术的发展和创新,使得开关电源技术也在不断地创新。目前,开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备,是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。 开关电源是相对线性电源说的,其输入端直接将交流电整流变成直流电,再在高频震荡电路的作用下,用开关管控制电流的通断,形成高频脉冲电流。在电感(高频变压器)的帮助下,输出稳定的低压直流电。由于变压器的磁芯大小与开关电源工作频率的平方成反比,频率越高铁心越小。这样就可以大大减小变压器,使电源减轻重量和体积。而且由于它直接控制直流,使这种电源的效率比线性电源高很多。这样就节省了能源,因此它受到人们的青睐。但它也有缺点,就是电路复杂,维修困难,对电路的污染严重。电源噪声大,不适合用于某些低噪声电路。 开关电源的特点 开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。随着随着电力电子技术的发展和创新,目前开关电源主要以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用到几乎所有的电子设备,其重要性可见一斑。 开关电源的分类 根据开关器件在电路中连接的方式,开关电源总的来说可分为串联式开关电源、并联式开关电源、变压器式开关电源等三大类。其中,变压器式开关电源还可以进一步分成:推挽式、半桥式、全桥式等多种。根据变压器的激励和输出电压的相位,又可以分成:正激式、反激式、单激式和双激式等多种。 开关电源和普通电源的区别 普通的电源一般是线性电源,线性电源,是指调整管工作在线性状态下的电源。而在开关电源中则不一样,开关管(在开关电源中,我们一般把调整管叫做开关管)是工作在开、关两种状态下的:开 —— 电阻很小,关 —— 电阻很大。开关电源是一种比较新型的电源。它具有效率高,重量轻,可升、降压、输出功率大等优点。但是由于电路工作在开关状态,所以噪声比较大。 举例说明:降压型开关电源 我们来简单的说说降压型开关电源的工作原理:电路由开关(实际电路中为三极管或者场效应管),续流二极管、储能电感、滤波电容等构成。当开关闭合时,电源通过开关、电感给负载供电,并将部分电能储存在电感以及电容中。由于电感的自感,在开关接通后,电流增大得比较缓慢,即输出不能立刻达到电源电压值。 一定时间后,开关断开,由于电感的自感作用(可以比较形象的认为电感中的电流有惯性作用),将保持电路中的电流不变,即从左往右继续流。这电流流过负载,从地线返回,流到续流二极管的正极,经过二极管,返回电感的左端,从而形成了一个回路。 通过控制开关闭合跟断开的时间(即PWM——脉冲宽度调制),就可以控制输出电压。如果通过检测输出电压来控制开、关的时间,以保持输出电压不变,这就实现了稳压的目的。 普通电源和开关电源相同的是都有电压调整管,利用反馈原理来进行稳压的,不同的是开关电源利用开关管进行调整,普通电源一般利用三极管的线性放大区进行调整。比较而言,开关电源的能耗低,对交流电压适用范围要宽,输出直流的波纹系数要好,缺点是开关脉冲干扰。 普通半桥开关电源的主要工作原理就是上桥和下桥的开关管(频率高时开关管为VMOS)轮流导通,首先电流通过上桥开关管流入,利用电感线圈的存储功能,将电能集聚在线圈中,最后关闭上桥开关管,打开下桥的开关管,电感线圈和电容持续给外部供电。然后又关闭下桥开关管,再打开上桥让电流进入,就这样重复进行,因为要轮流开关两开关管,所以称为开关电源。 而线性电源就不一样了,由于没有开关介入,使得上水管一直在放水,如果有多的,就会漏出来,这就是我们经常看到的某些线性电源的调整管发热量很大,用不完的电能,全部转换成了热能。从这个角度来看,线性电源的转换效率就非常低了,而且热量高的时候,元件的寿命势必要下降,影响最终的使用效果。 主要区别:工作方式 线性电源的功率调整管总是工作在放大区,流过的电流是连续的。由于调整管上损耗较大的功率,所以需要较大功率调整管并装有体积很大的散热器,发热严重,效率很低,一般在40%~60%(还得说是很好的线性电源)。线性电源的工作方式,使从高压变低压必须有将压装置,一般的都是变压器,也有别的像KX电源,再经过整流输出直流电压。这样一来体积也就很大,比较笨重,效率低、发热量也大;但也有优点:纹波小、调整率好、对外干扰小、适合用与模拟电路/各类放大器等。 开关电源它的功率器件工作在开关状态,在电压调整时能量是通过电感线圈来临时贮存,这样他的损耗就小,效率也就高,对散热的要求低,但它对变压器和贮能电感也有了更高的要求,要用低损耗高磁导率的材料来做。它的变压器就是一个字小。总效率在80%~98%,开关电源的效率高但体积小,但是和线性电源比他的纹波,电压电流调整率就有一定的折扣了。以上就是比开关电源和普通电源的一些区别,对于大家在选择的时候,会有一定的帮助。

    时间:2020-03-27 关键词: 开关电源 pwm 高频脉冲电流

  • 电器设计中的电机控制技术

    电器设计中的电机控制技术

    生活中点击无处不在,为我们的生产生活带来动力,许多家用电器都包括一个或多个对其功能至关重要的电机。在不断提高市场份额的斗争中,新产品设计力求使其产品在竞争中脱颖而出。本文将探讨五个主要趋势,这些趋势塑造了电器电机控制的未来,电器电机控制适用于从HVAC系统到食品加工的所有领域。 能效 最大限度地降低电机和压缩机的功耗仍然是电器设计的大趋势之一。在很大程度上,美国环境保护局(EPA)家用电器能源之星计划推动着这一进程。这项计划会对产品进行评级并提供相应的标签,显示运行该设备所需的全年电量(kWh)。更高效的产品将获得能源之星评级,而这是许多消费者眼中的必备家电属性。许多其他国家/地区的政府提供类似的评级系统。 低端设备通常使用交流感应电机(ACIM)。使用变频驱动器(VFD)可以相对简单地控制这些电机。在这种技术中,三相正弦波形为电动机的绕组供电。电机的控制通过改变脉宽调制(PWM)占空比来实现,PWM占空比通过其变化率来设置电压和频率。 对于VFD,只要负载不变,即可通过使电压与频率之比保持恒定来提供恒定的转矩。遗憾的是,装备有VFD的ACIM对变化的负载或速度请求的反应缓慢,这降低了它的效率。例如,洗衣机通常使用ACIM,并且ACIM对可变负载的变化反应不佳。当湿衣服在滚筒内翻转,或者在搅拌期间滚筒旋转发生变化时,就会发生这种情况。 提高效率的最直接方法是改变运行设备的电机类型。高端设备已经开始采用一种新型电机,称为永磁同步电机(PMSM)。由于设计原因,这种电机提供了更好的控制,但制造成本也更高。 PMSM的效率更高,因为它们在转子中使用永磁体,而感应电机转子使用的绕线线圈需要额外的能量来维持磁场。PMSM设计的优点是可以使用一种称为磁场定向控制(FOC)的改进控制算法,这种算法可以在更宽的负载或速度范围内非常精确地控制电机使用的能量。使用数字信号控制器(DSC)来控制PMSM(例如Microchip的dsPIC33EV系列),可以帮助提高这些电机的能效并实现无噪声运行。 此外,使用具有FOC的PMSM可以节省大量能源。例如,冰箱的压缩机是一种专门设计的电机,通过将控制范围扩展到非常低的速度(如800 rpm),在冷却系统中泵送冷却液。因此,使用的功率降低了约30%。这可以显著提高设备的能源星级。其他研究表明,PMSM在将电能转换成转矩方面可以达到90%的效率。 更高速 反过来看,诸如电钻、HVAC和排气扇等电器需要非常高的速度。磁场削弱(也称磁通削弱)是一种控制技术,能够以快于FOC技术的速度旋转电机。为此,转子磁体之后遇到的定子绕组中的电压场以抵消转子磁体中某些磁场(称为磁通)的方式进行充电。当转子的磁铁与绕组对齐时,这会降低电机转动的阻力效果。这种阻力称为反向电磁力(BEMF)。通过磁场削弱降低BEMF,可以将电机的最高速度从25%提高到100%,只要该时间点所需的转矩较低即可。由于大多数电器在较高运转速度下不需要满载转矩,因此磁场削弱可以有效地提高它们的最高速度,从而提高运行效率。 最大程度降低噪声 电器电机控制的第三大趋势是最大程度降低噪声。您是否厌倦了厨房电器的嗡鸣声?很多人不想在家里听到电器运行的声音。静音十分重要,消费者愿意为此支付更高的费用!电器电机噪声的产生有多种原因。电源线中电源电压的突然下降,以及负载或转矩需求的突然变化,都可能导致转子位置估计值略微偏离。此外,PWM控制信号的时序可能与转子位置不完全一致。这些情况中的任何一种都可能导致转子轻微抖动并产生可听到的噪声。 然而,造成电机噪声的主要原因是导通和关断金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或绝缘栅双极晶体管(IGBT),IGBT是一种将功率传输到电机绕组的大晶体管。每次打开或关闭这些晶体管时,绕组中电流的突然冲击会推动周围的空气(与扬声器的工作方式相同),产生可以听见的声音或咔嗒声。把这个声音乘以三倍(三个电机绕组),每秒钟重复数千次,便会产生刚好处于人类平均听力范围内(20至20 kHz)的电机嗡鸣声。 幸运的是,我们有降低噪声的解决方案。这一切都归结于成本,但两个关键的解决方案是以更高的频率切换MOSFET并拓宽PWM。虽然所有的电机控制算法都可以使用20 kHz或更高的PWM频率将噪声保持在人耳的听觉范围之外,但是许多家用电器仍然以更低的频率(通常在5至8 kHz范围内)来关断和导通它们的电机控制MOSFET。 这是因为,在较慢的速度下,可以低得多的价格购买集成电源模块(IPM)(一种包含MOSFET的封装)。 扩频是另一种技术,一些设计正在使用这项技术来进一步降低噪声。为此,使用随机数发生器来改变PWM频率。这会使PWM频率时高时低,但平均PWM频率将保持不变。通过将这种抖动添加到PWM频率中,噪声信号的幅度减小,并可实现显著的降噪效果。 先进的控制技术 有一种技术在各种家电的电机应用中都十分实用,它涉及到在启动前和极低的转速下掌握电机转子相对于定子的位置。这有两个主要原因。第一个原因是,一些电器不能反向运行(例如空调机组中的泵和压缩机)。如果电机在启动时转向错误,即便是微小的转动,也可能最终损坏泵并导致其断裂。第二个原因是,像钻孔机、食品加工器、洗衣机和风扇这样的电器需要从启动时就获得满载转矩,以便更快地达到全速运转。 遗憾的是,与FOC一起使用的反馈电路(称为估测器或观测器)不能在零速或低速下工作。FOC称为无传感器技术。这意味着,将没有霍尔传感器、磁位置传感器或光轴编码器来提供转子位置。为了发挥作用,FOC算法从三个电机绕组获得电流反馈。当电机首次启动时,速度过低,反馈电路无法获得良好的读数,电机以开环方式运行。在电机达到足够的转速(如50 rpm),并且获得良好的电流反馈后,控制回路闭合,进行正常的FOC。 为了能够在电机启动或低速运转时检测转子位置,开发了一种使用高频注入(HFI)的技术。在这种技术中,转子中的三个绕组通过高频PWM信号逐一通电,并测量电流反馈信号。通过比较这三个测量值,可以确定转子的准确位置,并利用正确的PWM信号以正确的方向启动泵和压缩机的转子。这样做也能更快地加速电机。 另一项新技术称为“风转”。通过风转,可以重新启动处于滑行状态的电机,以匹配当前电机的位置和速度,从而实现平稳而不晃动的重启。这样既有助于降低噪声,又能提高电机耐用性。 此外,也可以通过使用FOC最大程度地提高转矩的方式来控制电机。这种技术称为每安培最大转矩(MTPA),它允许电机在恒定转矩阶段的闭环转换后加速旋转。利用这种技术,洗衣机可以实现高速旋转,从衣物中排出更多的水,无人机的电机也可以在不到300 ms内从0 rpm加速到30,000 rpm,从而实现更快的起飞。 提高安全性 最后一个趋势至关重要。行业内发起了一项提高产品功能安全性的运动。这意味着电气元件——即控制电器电机的单片机(MCU)或数字信号控制器(DSC)需要具有符合行业规范的内置安全特性。例如,IEC 60730 B类安全规范要求在启动时关闭MCU或DSC的PWM信号的默认状态,以防止任何可能导致电机转动的瞬态尖峰电压。 未来,行业将为电机控制设计工程师编制一本功能安全手册,以帮助他们更好地理解如何使用MCU或DSC电机控制器件中内置的所有安全功能。这种趋势将使电机驱动的家用电器变得更加安全,最终让所有人受益。以上就是电器设计中的电机控制技术,希望大家在学习过程中不断积累经验。

    时间:2020-03-25 关键词: pwm pmsm acim

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