高精度程控交流电源方案讨论

发表于 2016-6-6 16:16

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

发表于 2016-6-6 17:01

我想问一下，负载是纯阻性负载吗？

发表于 2016-6-6 18:22

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。

发表于 2016-6-6 18:33

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，

发表于 2016-6-6 18:35

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。

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%

发表于 2016-6-6 20:04

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

发表于 2016-6-6 21:30

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.

发表于 2016-6-6 22:27

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.

发表于 2016-6-6 22:56

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？

发表于 2016-6-7 07:41

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。

发表于 2016-6-7 08:29

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！！！

发表于 2016-6-7 08:33

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?

发表于 2016-6-7 08:33

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。

登录 · 发表于 2016-6-7 10:12

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.

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.

登录 · 发表于 2016-6-7 10:50

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。

发表于 2016-6-7 11:05

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

发表于 2016-6-7 11:11

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。。。

发表于 2016-6-7 11:25

这东西太牛X啦

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