交流電源供應器的設計

wish

一般我們接觸的可變電壓電源供應器都是直流，如果要用交流呢？首先想到的就是買一個可調的自耦變壓器代用，公司最近要我製作一種特殊的電路，其中就是要用到可變的交流電源供應器，它的可調電壓從0至150V，但是它的頻率不是要60Hz，而是要400Hz至1000Hz可調，它要求的電流值並不高，大約只要0.5A內即可(其實據我粗步估算，應該不用超過0.2A)。
學電子的朋友大家想一想，如果是你接這個案子，你會怎麼設計它？不要一下就想的很複雜、很完美，先有基本架構再說。
因為這個電路當中牽涉到一些是公司的技術機密，所以我只能就交流電源供應器這個部份解說，這個電路已經接近結束，我想先聽聽大家的想法，等我趕完這個案子，我再把這個電路拿來跟大家討論，當成一個設計的實例。
大家動動腦喔！

HappyMaChi

我的粗略想法是 AC-DC-AC

一個正弦波信號產生器(頻率調整 400~1KHz) + 電壓放大調整電路(0~150V), 大概是這兩個方塊!

wish

不錯喔！不過你要如何架構0~150V的電壓放大部份呢？

HappyMaChi

w 大別害我呀! 真要我認真想, 我就一個頭兩個大了!
我也是想說先回一下, 看能不能引出一堆人! 哈哈...~hm242~

legion

主要電流並不是很大,
所以在直流的部份採用類似inverter的方式
先產生一個150v(400hz-1khz)的ac出來
輸出再接一個自耦變壓器作輸出
單純猜想.

shunxing

說真的~~~我對電路設計~~~~除非讓我腦子可以放鬆..不然會燒壞腦袋的....
難怪W大這幾天超級忙.....

我對這電路..依樣是AC-DC-AC....
至於頻率產生..利用DC-AC的晶片來產生...
電壓的調節....要使用MOSFET來控制吧...不過交流電...會燒毀吧.....
這時我就會想到.....電視水平用的電晶體.....用它來調整電壓大小總可以吧...
不過相對的必須要給它可調整用的訊號....

wish

不錯喔！不過你的問題跟HappyMaChi一樣，你要如何架構一個150V 400Hz~1Khz的AC電壓呢？

legion

前面一個單純的頻率產生電路,
只要修改RC的回路部份阻值,400-1KHZ算是低頻了
便能限定振盪的範圍,頻率的部份大概可以解決

在電壓的部份採用推挽式的模式來作
推動一個升壓的變壓器,如果是1:3的升壓變壓器
那麼一次側只要有50Vpp便可,
兩個作推挽的晶體一個負責25V
取得150V就不難了,原因是因為電流小的關係
後面再個自耦就可以了,
純為猜測

wish

其實你有沒有覺得，如果用你這個方法根本不需要自耦變壓器？

legion

用這種方式的話,其實會有缺點的
因為後面有個作升壓的變壓器
在1:3的狀態下推挽如果採用變動模式在控制上會較不穩定
如此一來在輸出的0-150V的控制上穩定性會來的較差
因為設定的條件是0-150V,那每個調整刻度便是另一個問題
所以定電壓值再交由自耦變壓器來控制會在整體安定性上提升很多
純為推測

逃兵

W 大,你沒說你的規格耶.
你的誤差可以接受多大？

還有 150V * 0.5A = 75W 對電子學來說, 很大的瓦數了。
可能要去看看電機的部份了.

wish

我只是想聽聽大家的架構，這也是最重要的地方，初步的規格我有寫上，細部的地方暫不討論。
不管是高電壓低電流或是低電壓高電流，75W都並不算大，而且常常都會遇到。

逃兵

要是我來設計.
我會去參考馬達的控制.
用 PWM 去搞定它.

s10274chen

剛剛找了一下，發現了這個完整的solution，不知道可不可以？我也不會設計電路，高職讀三年電子感覺讀假的。圖一的上下兩端的1000V、-1000V，可以用電視的反馳變壓器元裡來兜吧！
有下面的文章。說明電路的運作，轉貼的！
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採用簡化電路的高電壓放大器
( 2 月 1 日 2005 年)
作者：Jui-I Tsai、Jun-Ming Shieh、Tai-Shan Liao和 Ching-Cheng，臺灣國立交通大學

許多科學儀器和檢測器需要交流高電壓驅動。高電壓驅動對驅動許多應用中的電極都是有用的。面臨的挑戰是將常規運算放大器之輸出放大到高電壓。可用的交流高電壓放大器模組被限制在大約1200Vp-p電壓。本文將提出一個簡化的交流高電壓放大器，它使用互補、級聯（cascaded）的NMOS和PMOS電晶體（圖1）。OP07運算放大器具有低輸入補償電壓（input-offset voltage）、低輸入偏置電流（low input-bias current）和高開環增益。這些特性使這款運算放大器對高增益儀錶應用非常有用。另外，OP07還具有在時間和溫度上極佳的偏位（offset）和增益穩定性的特點。LM356級的交流增益接近100，由R3、R4、R7和 R9 決定。

圖1
圖中交流高電壓放大器能夠提高高於1800V p-p的電壓。

高電壓MTP2P50E p溝道MOSEFT具有最大500V的漏極到源極（drain-to-source）和柵極到漏極電壓（gate-to-drain-voltage）額定值。高電壓BUK456800B n溝道MOSEFT具有最大800V的漏極到源極和柵極到漏極電壓額定值。從Q1到Q6 是PMOS電晶體，而從Q7到Q12是NMOS器件。這些場效應電晶體（FET）十分適合高電壓級聯電路。他們透過對稱串聯連接增加它們在電源應用中的總體擊穿電壓。偏置電壓（bias-voltage）電路由獨立的偏置電阻對R10 到 R13 和 R14 到 R17組成；其結果就得到高電壓放大器的對稱輸出。圖2顯示了一個100Hz、8V p-p的正弦輸入以及一個1800V p-p的輸出。圖3顯示了一個2kHz、750mV p-p 的正弦輸入以及一個200V p-p的輸出。該電路的總功率頻寬接近200kHz。

圖2
正弦輸入為8V p-p（上方軌跡），而輸出為1800V p-p（下方軌跡）。

圖3
輸入為750 mV p-p （上方軌跡），而輸出為200V p-p（下方軌跡）。

shunxing

.........這樣的資料也被你找到...不過～他用MOSFET耶...怎摸沒燒掉???
不過我最後才發現....現在電源很多都用MOSFET在控制電壓...
該不會現再的液晶電視這摸容易燒掉也是因為使用MOSFET.....

wish

其實我是要大家能自己想一下，而不是要電路圖，我的做法比這個簡單多了，我的需求只有0.2~0.5A，不必用到這麼複雜。

jeanshyen

要我自已設計的話功力不足啊 !!!

我想我會拿現成的 [變頻器] 加 自耦變壓器 !!!

搭配使用 !!!

s10274chen

n_033| 電路比那個還簡單！
想了很久，想不出一個所以然，胡思亂想到前級先做一個震盪，做出clock，後級功率部分只是想到擴大機的放大而已，可是那個的話電流應該不大吧？
把它想成擴大機了........n_018|

shunxing

原帖由 s10274chen 於 2010-1-21 05:48 PM 發表 http://bbs.pigoo.com/images/common/back.gif
n_033| 電路比那個還簡單！
想了很久，想不出一個所以然，胡思亂想到前級先做一個震盪，做出clock，後級功率部分只是想到擴大機的放大而已，可是那個的話電流應該不大吧？
把它想成擴大機了........n_018| ...

現在有現成的IC~~~都可以耐到2A了因該是用IC做出來的....
就跟我前面說的.....

suneku

110V 經整流濾波→150V高壓→經PWM調整頻率→自耦變壓器調整電壓

不知道這樣行不行n_079|


我到是搬過0~260V交流可調整電壓的變壓器，沒多大顆重到我不知道要說什麼

HappyMaChi

AC-AC 的 自耦變壓器! 加 0.5A 瞬斷保險絲! 完工!~hm242~ 哈!
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以設計的想法, 我會以我們平常研究的液晶高壓電路做參考! 只不過是電壓不同以及可以做電壓調整與頻率調整!

我們從 AC 110V 經過整流穩壓之後, 我們可以得到穩定的直流電壓, 經降壓可以提供驅動 IC 與電路使用, 我們再經過 IC 本身的頻率控制產生振盪頻率 400~ 1KHz, 去做推挽式的 N + P MOS 去輪流推動變壓器產生二次感應交流電壓輸出 0~ 150V,  所以想到這裡, 我需一個電壓調整電路!

因為電壓調整的關係, 我的提供推挽變壓器的電源輸入電壓, 必須可以調整放大縮小, 所以我會想把這個電源部份與驅動 IC 工作電路的電源分開, 加上穩壓回授控制就能調整這個提供驅動輸出的電壓調整, 只不過不知道精密度可以做到多好? 可能要用較小的可變電阻變化經實驗才能得知!

以上是我的想法, 要經實驗結果才知道是否正確! ~hm73~

逃兵

其實.只有到150v的話, 不管是 pwm 還是用放大器, 都有晶體可以用. 不必經過變壓器. 只是這樣的電路沒經過隔離, 比較危險.

只是不知道w大的"交流"要到多"正"
如果是pwm出來的是方波, 要加上負載, 才會變弦波.
所以, 如果要很正, 就要用到放大器的電路來做.

legion

其實電路應該也不用這麼複雜,
如果對輸出的電源不太介意諧波及波形的話
源頭一棵7414加一棵電阻,一棵電容及一棵可變電阻
便能產生400-1KHZ的信號源了,
後段推挽用達靈頓方式共四棵來推當升壓的變壓器便可以
記得若干年前曾經為一個特定案件作過這類的東西
當時只有作過5個樣品,剩下的就不甘我的事了
如果不是放進有聲音的電路使用時,
諧波問題就倒是還好;

wish

不錯喔！你有注意到一個很重要的地方，那就是變壓器。是的，高達150V的地方沒有與主電路隔離是很危險的。
如果這個電路圖是你自己想的，那你的觀念很好，把高、低壓分開，你附上的這個電壓放大電路圖如果讓我畫，我可以省掉四個電晶體。

wish

其實你的想法跟我很接近，因為電流要求不高，用昇壓的方法可以讓低壓端的電晶體電氣規格降低，用變壓器除了昇壓之外，它也兼具高、低壓隔離的功能。

shunxing

原帖由 wish 於 2010-1-22 01:03 AM 發表 http://bbs.pigoo.com/images/common/back.gif
不錯喔！你有注意到一個很重要的地方，那就是變壓器。是的，高達150V的地方沒有與主電路隔離是很危險的。
如果這個電路圖是你自己想的，那你的觀念很好，你把高、低壓分開，你附上的這個電壓放大電路圖如果讓我畫，我可以省掉四個 ...

還可以省掉4顆電晶體n_094|
我都已經認為逃兵大的電路圖很精簡了耶...還可以更精簡????
我都已經看的頭暈了....n_040|

wish

我原本就是用一個uA741跟四個電晶體完工的。

legion

一棵TTL,四棵電晶體加上一棵變壓器一些電阻電容
基本上變頻的150V就出來了,
不過要作0-150V這倒沒想過,
當初作這類物件也是為了沒有INVERTER時
將12VDC升出110V的AC弄出來的.
只是還真不知道為什麼會想作0-150V可調,
所以才會想說為了輸出的線性問題,幹脆弄棵自耦就解決了,
不然就得補上SCR的方式來作調整了,
741啊,弄棵OPA來訊源並作輸出電壓調整也是一種方式,

wish

這個電路其實很簡單，但是應用面好像很少，所以想到拿來讓大家動動腦。
等我把工作趕完，我會把電路圖與實際成品及工作波型拍照片給大家看，有底子的人一看應該會說怎麼這麼簡單。

逃兵

其實, w大的這個題目. 我的感覺是不能用變壓器.
如果要用. 也是用在巿電進來那邊, 搞個 1:1 的變壓器做隔離.
後面不能在昇壓搞變壓器.

因為它的頻率是可變的 400Hz - 1KHz
我對變壓器是很少玩, 不過, 我知道變壓器設計上, 頻率是要件之一.
這個可變的頻率. 在變壓器上, 不見得可以設計得很好.

所以我才會想用 PWM, 或是 放大器, 直接幹掉它。
只是不了解w大的用途, 所以不知道能精簡到什麼情況。
等 w 大進一步解題的提示.
圖先撤下. 明天再想一張出來用.n_131|