高效率电源设计解决方案.ppt

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1、高效率电源设计解決方案 横河示波器及功率计在电源测量方面的应用,上海横河国际贸易有限公司 2006/7/21,电源装置的设计和要求性能,完全设计 = 产品性能 + 设计要求 产品规格 = 电气的性能 + 机械的性能 + 环境的性能 + 规格的性能 设计要求 = 最坏分析 + 部件损耗 + FMEA,输入 突入电流 line dropout line transient 线电压的sag和surge blowout和recovery 效率 保持时间 功率因数 输出 regulation 输出纹波 (PARD) 动态响应 上升时间 下降时间 turn on delay 启动时间 remote sen

2、sing 遥控 ON/OFF 由PWM信号控制输出 保护 过压 过载 短路 温度 机械相关 尺寸 EMC 放电 放射噪声 传导噪声,环境 温度 湿度 静电放电 (ESD) 振动 冲击 ON/OFF 功率周期 drop 安全 部品 creeping distance 表示 接地协调 绝缘耐压 漏电流 异常试验 电源制限 CE Marking 低电压指令 EMC ( IEC801-1, 2, 3, 4, 5, 6 ) ( FCC, EN55022, CISPR 22 ) 可靠性 波形品质 热 Derating 耐久性 包装 振动 冲击,与电源相关的测试项目,红字: DL7400/PSA测 蓝字:

3、Power Meter测,横河电机电源关联解決方案,示波器 : DL 系列 波形观测 波形表示的品质 使用方便和电源分析功能 深度内存和高速表示更新,功率计 : PZ4000 & WT系列 效率测定 机器的静特性评价 数值表示和输出 测定精度和再现性良好,横河WT系列功率计及PZ4000功率分析仪,质量保证与测试,工程制造与验收,研究与开发,功率测量带宽（Hz）,总功率精度（%）,各个产品的精度和带宽,0.05,DC,10,100,1k,10k,100k,1M,功率测量带宽Hz,1MHz,电池 转换器（）,家电，机器消耗功率的测量,重电，功率，自动化生产线设备的维护,工业电机产品(电源，发动机

4、，空调他） 生产检查线的功率测量,变频器（，检查）,3系列 功率基本精度 0.02, 功率基本精度 ,0.1Hz,0.5Hz,1MHz, 功率基本精度 ,0.1Hz,1MHz,100kHz, 功率基本精度 ,0.5Hz,0.1,功率基本精度,0.2,宽频带测量,电力电子技术的发展、节能设备的普遍应用 被测对象变为非正弦波、 波形严重畸变、包含大量高频成分 要求宽频带功率测量与分析,谐波测量,对EMC的重视，要求限制谐波水平 限制三相不平衡度、电压的波动与闪变等,有效值的测量,YOKOGAWA产品提供了各种有效值测量结果 平均整流型原理的测量结果 Vmn 基波电压有效值V(1) 真有效值测量结果

5、 Vrms 谐波分析状况下的真有效值,单相电路的功率测量,脉冲型负载的功率分析,（例：待机状况下的功率测量）,问题：电流值很小、脉冲功率、模拟式或数字式仪器不能测出功率值 解决方法：利用电能值计算平均有功功率,效率测量,三相三线PWM变频调速电机：,P4 = 单相输入功率 P A = 三相输出功率,变频器输入电流,变频器输出电压,每一个周期的功率计算结果,详细的功率分析：（YOKOGAWA产品特色） 每一个周期的功率计算结果（例如：电机启动过程） 功率的谐波分析结果,电机电压,电机电流,功率计算结果,功率因数分析,真功率因数测量：电源测量实例,PF = W / VA PF = 87.193/1

6、13.753 PF = 0.76651,问题 电流波形的过零点在哪里？ 如何测定两个波形之间相角？,真功率因数 PF = W/VA 基于FFT的基波功率因数 各次谐波的功率因数,功率因数分析,电源测量实例：基波功率因数,PF = Cos Between Fundamental Waveforms PF = Cos 21.06 PF = 0.9332 基波功率因数的计算结果 PF = P1 / S1 PF = 48.16 / 51.61 PF = 0.9332 此测量情形表明：真功率因数与基波功率因数并不相同,功率因数分析,三相系统的功率因数测量 PFTotal = W / VA 三相四线负载

7、PFTotal = ( W1 + W2 + W3 ) / ( VA1 + VA2 + VA3 ) 三相三线负载 两表法(3P3W)： PFTotal = ( W1 + W2 ) / ( 3/2)( VA1 + VA2 ) 三表法(3V3A)： PFTotal = ( W1 + W2 ) / ( 3/3)( VA1 + VA2 + VA3 ),功率因数分析,测量实例：3V3A法,P = P1 + P2 PF = P / VA 注意：三相视在功率算法,带宽选择,带宽的选择、设置与意义 测量噪音、被测电路中的高频成分的区别 仪器的测量范围：PZ4000：DC2MHz WT1600：DC1MHz 根据

8、实际测量情况选择设置,谐波分析,谐波分析 用电设备的谐波限制标准 IEC、IEEE、中国国标 谐波测量仪器的要求 IEC标准、国标,谐波分析,谐波分析应用实例：电源输入测试,U1 = 总电压值 rms U1(1) = 基波电压 I1 = 总电流值 rms I1(1) = 基波电流 I1(3) = 3rd 谐波电流 P1 = 总有功功率 总值计算到500次谐波, 带宽30 KHz,应用问题,PZ4000 普通测量方式 2 MHz 带宽,PZ4000 谐波分析方式 30 kHz 带宽,多输出电源启动停止时的输出动作的确认,概要,用于等离子显示器等的电源，不但输出端口多，还有针对于各输出间的启动停止

9、顺序的限制。通常需要确认从接上交流电源开始一直到power on 信号，各输出信号的上升的情况。 用单片机控制各输出的顺序时，因为每一个输出信号都要和信号和在一起观测，这样就有非常多的波形需要同时观测。,DL7400的长处,多通道测量 向DL7480的模拟通道中输入6路输入输出信号。触发模式设定为单触发，用Vpon信号触发来观测各个输出电压的上升顺序。 长存储 即使是长时间观测从接上电源到全部的电压上升的波形，如果有8MW/ch的长内存，也能保证以1MS/s的采样率读取波形。如果使用放大功能还能同时观测各输出的上升时间及异常波形。 测量逻辑信号（选件） DL7440/DL7480中除了有模拟输

10、入端口外还有逻辑输入端口。在观测模拟信号的同时还可以观测来自单片机等的逻辑信号，而没必要使用两台仪器。,WT1600的长处,多通道测量 能同时观测输入输出电源(MAX,6ch)，还能简单地测量电源效率。 另外，WT1600还具有表示各输入输出电量趋势的功能，所以比DL7480更适合长时间的测量。,测量启动停止顺序 全电压启动时间 : 5.96 sec.,观测与产品组合时发生的异常波形,WT1600,多输出电源中过渡响应波形和纹波电压测量,电路图与测量点,Zoom window,概要,PC等使用的多输出电源中使用多输出晶体管的场合很多，常常需要观测由于各输出间的负载变化引起的输出电压的过渡响应和

11、输出纹波电压波形等。 多端口输出电源一般是由降压变压器或者多输出前向变压器等构成。,WT1600,DL7400的长处,WT1600的长处,通道测量 向DL7480输入输出电流（Iout）和各输出电压（Vout6）。 用4通道示波器测量多输出电源的输出纹波电压和过渡响应的输出电压时，需分两次进行，很麻烦。如果使用DL7480， 由于8个通道可同时测量，一次就可观测由过渡响应引起的幅度变化和纹波电压等。 长存储（8MW/、2/） 因为是长存储，通过放大波形能详细观测上升、下降时的响应特性和纹波电压等。对确认控制系统安定性也很有效。 放大功能 因为测量波形和2个放大波形可以在一个画面中显示，所以能很

12、容易沿时间轴放大波形。另外，放大波形还可以全屏显示，使得详细观测成为可能，这点对于调试回路很有用。,図1-1 过渡响应时 其他输出过渡响应 (500us/div,2GS/s) 电流刻度3A/div,図2-1 上升过渡响应时 其它输出过渡响应 （20us/div),図2-2 下降过渡响应时 其它输出过渡响应 （20us/div),图1-2 3画面表示 (下：2画面放大),多通道测量 能同时观测输入输出电源(MAX,6ch)，还能简单地测量电源效率。 另外，WT1600还具有表示各输入输出电量趋势的功能，所以比DL7480更适合长时间的测量。,开发复印机时的有效评价,各线的扫描开始脉冲,概要,开发

13、复印机时，进行有效的评价是非常重要的。 复印机的重要部件有： CCD线传感器、送纸驱动系统等。 在调试阶段，向传感器输入测试信号，按照每线的启动脉冲的发生时序，模拟再现扫描速度和分解能的变化。,DL7400的长处,多通道可以保证测量：送纸/马达的驱动脉冲/扭矩/激光信号等多种信号。（MAX:8ch）另外，控制脉冲信号可以用16bit逻辑输入功能来观测。 长存储可以保证测到像驱动脉冲发生回路那样的快信号和马达驱动信号那样的慢信号。,DL750的长处,Dl750 有多种多样的输入模块，故可测量各种各样的输出信号。所有的输入信号都能进行绝缘测量，既安全又正确。 还具有温度测量功能和高速响应的记录功能

14、。另外，对于从电源ON开始到待机模式间的温度控制以及由于发热造成的驱动部分的老化预测等也能起到作用。,WT1600的长处,WT1600有6个输入端子，能测量各主要部分的耗电量。这对于削减待机模式和休眠模式的耗电量很有帮助。,耗电量测量,用户实例,日本CANON公司 测试仪器： PZ4000 WT1030 LR4100,UPS的设计与评价,概要 在生产线上，测量输入输出功率时，必须测量以下的参数。 1) W, VA, 输入的频率 2) DC battery Volts, Amps & Watts 3) Output Volts, Amps, Watts & Harmonics,观测IGBT变频器

15、等高速开关装置的波形时，要求测试仪器的通道间是绝缘的，并对带宽、耐压及（CMRR）也有很高的要求。 DL750ScopeCorder最适合测量变频器的电压电流波形。,UPS,单相输入,UPS 输出,直流,WT1600,CH1,200V 3,280VDC,IGBT module,Commentator,CH2,CH3,Current probe (700937) 50 MHz/15 Apeak,测量点2 变频器输出电压,测量点3 电流输出,测量点 1 IGBT 控制信号,DL750,实现了高CMRR DL750实现了高CMRR、使用绝缘探头能观测变频器的输出电压和 控制信号。 （即使不用差分探头

16、也能测量高压开关信号。） 超长存储（最大：50MW/CH、标准：2MW/CH） 能在高采样率下长时间观测数据。 长时间观测波形，并对其进行部分放大，能够确认PWM控制波形。,DL750的长处,WT1600的长处,6 ch输入 :UPS供电与系统供电切换时电压值会下降。这时的输入输出的电压测量是必要的。（三相输入） 谐波分析功能：为了保证电源品质，测量高频及THD是必要的。,手机终端时序控制试验,移动终端的基带设计阶段，为了减少耗电量，要求有复杂的时序控制，需要采用模拟/逻辑混合的多通道来观察输入输出信号。 数字示波器DL7400有模拟信号数字信号混合输入功能，是强有力的测量工具。,概要,移动体

17、(无线终端)进行着基带部的复杂时序控制，其中的受信电界电平等的模拟信号、时序等的逻辑控制信号、待机电流等都可以利用长存储数字示波器DL7400来观测，从而判定内部控制是否按照设计动作着。利用多通道可观测模拟/数字混和数据，彩色画面很容易辨别各个波形。另外，利用历史存储功能可以捕捉异常信号，利用放大功能可以放大波形，还可就地打印就地保存等。,DL7400的长处,WT1600的Null特别规格模型,增强了测DC用的Null功能的特别模型，为了精密测量0电平，与标准模型比较，有效量程扩大，从微小电流到固定电流都能正确地测量。 特别是休眠模式（待机模式），因为电流很小，精确测量很困难。,手机电源打开时

18、的波形 （消耗电流的变化）,反向换流器电子微波炉，由于可以随意改变高频输出， 其输出与许多普通电子微波炉相比，具有以下特征。 小巧、轻便的设计，可以实现较高性能的高频输出。 可以持续改变高频输出。,概要,结构,通过求平均值，进行高精度测量。 可充分捕捉高频波形的频带带宽 高频解析功能（选项） 各种功能 累加、DA输出（选项）、内置打印机（选项） 通信功能（RS-232C或GP-IB/以太网（选项）,特点,反向换流器电子微波炉电力评价,电路结构一例,可变电压波形一例,WT,将元件改变几十Hz，通过C与1次高压变压器的共振电路，产生回归脉冲。 使这个可变频率在Hz的范围内变化，通过改变2次感应电压

19、（约为V），控制磁控管的高频输出。,的要点 可在1台机器上进行多项高精度测量。 可以测量高压变压器及商用输入电流。,变频器PWM分析,概 要,DL1740/DL1640的Cycle Statistics功能, 在频率固定/Duty比变化时,或在Duty比固定/频率变化时,均可以有效地对周期性变化的参数进行分析.,DL1740/DL1640的Cycle Statistics功能在变频器电路PWM(Pulse Width Modulation)信号分析时非常有效,应用要点,200V 3,280VDC,IGBT模块,整流器,周期固定/Duty比变化例(周期, H电平时间测试）,测试结果显示(Show Result) MAX/MIN键便于查找每个周期的 最大值/最小值,200MHz带宽 采样率200MS/s 最大内存32MW 历史记录 脉冲计数 数字滤波,500MHz带宽 采样率1GS/s 内存 1MW 历史记录 脉冲计数,PMW信号,DL1740E,DL1640,Motor,用户实例,日本富士电机公司,IGBT UPS 50kVA,测试仪器：WT1600,谢谢各位,