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高精度程控交流电源方案讨论

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楼主
近来有个高精度交流电压源和电流源(交流的电压和电流都要有,相当于功率源吧)的方案在设计中,对于技术要求感到有心无力。
一: 大概的技术指标如下:
       220V、50Hz的电源输入;
       1:)交流电压输出要求:
             0-400VRMS(可设置多个量程来组合达到,比如0-100v,100v-200v。。。);
             输出精度达到量程的0.05%;
             长时间稳定度达到万五/分钟;
             电压最小步进:不同档位选择(0.05%*满量程)或者50mV,取大者。
             频率45-55hz,0.1hz调节;
             每相20VA负载;
             负载调整率0.05%;
       2:)交流电流输出要求:
             0-10ARMS(可设置多个量程来组合达到,比如0-100mA,100mA-1A。。。);
             输出精度达到量程的0.05%;
             长时间稳定度达到万五/30s;
             电流最小步进:为0.05%*满量程或者5mA,取大者。
             频率45-55hz,0.1hz调节;
             每相20VA负载;
             负载调整率0.05%;
       3:)相位输出要求:
             0-360度每相电压电流的相对相位单独可调节,0.1°可调
       4:)功率因数要求:
             -1——+1;0.05%精度;
       5:)失真度(THD):
             0.05%;
       6:)谐波注入:
             0-21次谐波,相位可调节;

这是蛋疼的要求,不知道你们看明白没有,我也设计了下出品,远远达不到标。
我的方案是用运放和三极管来放大,采用单片机DAC来数控。电压放大采用三极管分立器件,先不说打不达到400V,能在400v一下先搞定再说,失真度还可以,就是精度达不到。以下是我的图:


精度和调节步进达不到,还有 带载时容易爆管子。

我的电流方案是经典的压控恒流源,采用OPA549,也是问题多多,精度达不到要求不说,超级发热,也是采用
单片机控制。图:



我的疑问:
1:像这么宽广的电压和电流输出,精度要求又这么高,一般到底采用什么方案?
     我这里的方案估计应该不是最好的,假设电压就算只需要输出200Vrms,还是应该选择分离
     器件吧?可是我这个电压方案精度无法满足要求,最低要求50mv或者0.05%太变态了吧?
    求高手指点。比如加入硬件PID或者在精度上有个好的方法。
2:电流方案应该不是最佳?据说有人采用LM1875并联输出?那精度是怎么达到的?最低mA级啊!
    请指点更好的方案共勉!
    我的主要问题就是电压和电流的精度都达不到。请兄弟们一起讨论下,实在不行精度可以降低
也可以啊!

    QQ:23472073

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21ic小能手 打赏了 2.00 元 2016-06-07
理由:热门讨论

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沙发
manbo789| | 2016-6-6 17:01 | 只看该作者
我想问一下,负载是纯阻性负载吗?

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板凳
fzyuan| | 2016-6-6 18:22 | 只看该作者
本帖最后由 fzyuan 于 2016-6-6 18:41 编辑


看不见图。

好在输出容量并不大,可以采用线性方式。
我的思路是:输出的电压、电流采用直流方式进行闭环控制,采用有效值芯片装输出的电压、电流转换成直流电压,再与给定的直流电压一起进误差放大器,
误差放大器的输出作为波形发生器的参考电压。
这样可以极好地保证输出有效值的准确性,同时输出波形也不易受反馈系统的影响。波形控制需要小闭环来控制。

但,系统的稳定速度较慢,至少是秒级的。

每相需要的主要元器件:
1片12bit乘法型DAC、1片16bit电压输出型DAC、2片有效值转换器、2通道的16bit以上的直流ADC、
OP27若干、功放、1个次级线圈可串并的工频变压器、1个高精度分压电阻模块、1套高精度无感电流采样电阻。(此处“高精度”并非“准确度”,而是“稳定度”,主要控制老化和温漂)
控制器只需1片STM32就可以了,50Hz加21次谐波也用不着FPGA之类的。

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地板
zyj9490| | 2016-6-6 18:33 | 只看该作者
信号源必须是DDS的,频率必须晶振,温补晶振是必须的,关键是功放,带负载能力,挂32个电子电能表不会自激,就可以了。升高变压器,原边25V,

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5
zyj9490| | 2016-6-6 18:35 | 只看该作者
为了高精度,必须构成深度负反馈才行,加直流自动抵消电路。幅度稳定电路是必须的。

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6
PowerAnts| | 2016-6-6 20:03 | 只看该作者
这是准备卖几十百把万一台?六万块的吉时利2002八位半,交流电流档精度也只敢标0.1%

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7
lr_xgm| | 2016-6-6 20:04 | 只看该作者
本帖最后由 lr_xgm 于 2016-6-6 20:07 编辑

这是很专业的东西,我做过这东西,小问题可以帮你解释一下,我看楼主方案估计就达不到要求

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8
摸摸| | 2016-6-6 21:30 | 只看该作者
我的疑问:
1:像这么宽广的电压和电流输出,精度要求又这么高,一般到底采用什么方案?

38hot的lilith提出过一个高压校准方案,但仅限直流,其作用是校准放大的比例电阻比值.如果你的设备允许抽取时间做校准的话那应该可以

      我这里的方案估计应该不是最好的,假设电压就算只需要输出200Vrms,还是应该选择分离
      器件吧?可是我这个电压方案精度无法满足要求,最低要求50mv或者0.05%太变态了吧?

精度好不好取决于你的信号源精度+放大精度,如果你的源本身偏差就大,那后面就没有意义.


2:电流方案应该不是最佳?据说有人采用LM1875并联输出?那精度是怎么达到的?最低mA级啊!
     请指点更好的方案共勉!

LM1875不是很适合做这个事情.有点局限性,它不能做跟随器.
找一下经典电流源电路拿元件搭吧.
发热量肯定是不可避免的了,除非你用PWM.

那精度是怎么达到的?最低mA级啊!
看你采样元件的精度和稳定度.

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9
摸摸| | 2016-6-6 22:27 | 只看该作者
PowerAnts 发表于 2016-6-6 20:03
这是准备卖几十百把万一台?六万块的吉时利2002八位半,交流电流档精度也只敢标0.1% ...

一般来说高位表的AC功能基本都是**肋.我记得FLUKE 8506A的AC比较牛.

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10
PowerAnts| | 2016-6-6 22:56 | 只看该作者
摸摸 发表于 2016-6-6 22:27
一般来说高位表的AC功能基本都是**肋.我记得FLUKE 8506A的AC比较牛.

可有8506A的AC参数?

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11
摸摸| | 2016-6-7 07:41 | 只看该作者
PowerAnts 发表于 2016-6-6 22:56
可有8506A的AC参数?

我只有个很简陋的,资料这种东西,你锝找T叔。

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PowerAnts 2016-6-7 09:47 回复TA
简陋的也得有个指标,我不相信30多年前划时代的早已停产的一代产品,精度能比现在的还高 
12
lu0754| | 2016-6-7 08:29 | 只看该作者
正弦波的动态负载如果能做到精度这么高的,一台几千万最少。兄弟不好搞的!!!

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13
xmar| | 2016-6-7 08:33 | 只看该作者
楼主给出指标不是太清楚。问:

电压源400V时,容许最大输出电流是多少?50mA?

电流源10A时,容许输出最高电压是多少?2V?

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14
menfiss| | 2016-6-7 08:33 | 只看该作者
交流电源不能像直流电源那样搞。有效值本身就不是瞬时概念。

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15
摸摸| | 2016-6-7 10:12 | 只看该作者
PowerAnts 发表于 2016-6-6 22:56
可有8506A的AC参数?

我的意思是,我只有一个很简单的资料,你不如去找T叔要份详细的.

交流精度高不高取决于处理方案,与年代没太大关系,近年的表在技术上进步很大,但精度并没有提高什么,3458也依旧用着当年的方案.

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16
摸摸| | 2016-6-7 10:24 | 只看该作者
据说(以下的"据说"都是指消息是我半路上听到的,没有依据没有证明,相信不相信自己最决定)8506的标准版是只有DC电压和OHM功能的.AC功能是一块扩展板,需要AC功能的在购买设备时和厂家说清楚要买AC扩展卡.这块AC扩展卡的价格据说比机子还贵.
FLUKE在这个卡里面用了一个特殊的技术(据说就是计量局的AC电压标定技术)来做交流有效值转换.所以转换得到的效果就很好.
而我们市面上用的交流有效值转换芯片其实都不怎么样,低位下能用用,高位下就是一陀+一陀SHI.38hot好像有人评测过这些IC的优点和缺点.
而高位表的AC功能大多是在采购招标时的应付功能,实际使用意义也不大,所以用的也是现有的有效值芯片解决的,精度也就那样.

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PowerAnts 2016-6-7 10:54 回复TA
我只相信数据,我也不会刻意请老T找你所说的这块表的PDF。就如我不会刻意去找比494和384x更古老的PWMIC来研究一样。 
17
PowerAnts| | 2016-6-7 10:50 | 只看该作者
本帖最后由 PowerAnts 于 2016-6-7 16:08 编辑
摸摸 发表于 2016-6-7 10:12
我的意思是,我只有一个很简单的资料,你不如去找T叔要份详细的.

交流精度高不高取决于处理方案,与年代没 ...

30年来,精度有没有改变,还是看参数吧,在数据面前,任何修饰说辞都是苍白的.

就用你所说的福禄克吧,现在新款的8846A,交流精度如下,是否比30年前的提高了一个数量级?



==========================================

以下复GavinZ :你问我为什么圈电压,是因为摸摸贴的8506A参数只有电压没有电流,对比精度只能选同一物理量。常识认为:作为不同时期的代表作,不可能故意在系统某些方面弱化来降低成本,电压精度能做的很高,就不会把电流精度做的比较低. 当然了,这也许不是绝对,但我没有发现这样的事。

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GavinZ 2016-6-7 13:27 回复TA
不是说交流电流A AC么,咋圈电压了。 
18
PowerAnts| | 2016-6-7 11:05 | 只看该作者
摸摸 发表于 2016-6-7 10:24
据说(以下的"据说"都是指消息是我半路上听到的,没有依据没有证明,相信不相信自己最决定)8506的标准版是只有 ...

AC模块当然很贵, 那是一块热有效值转换板,核心部件是一个高精度热电偶。
基本的功率计也很便宜,不过要在里面插一块谐波分析模块,价钱就差不多增加一个数量级

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19
PowerAnts| | 2016-6-7 11:11 | 只看该作者
交流电流精度是很难做的,以8846A的性能,交流电流也只敢标千分一, 楼主要做个万分五的电流源,我觉得不是一般的难。我强调的是这一点。。。

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20
ayl439| | 2016-6-7 11:25 | 只看该作者
这东西太牛X啦

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