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大扫除时吞下的失败的苦果

相位旋转出乎意料的故事

最近,我听到了盒式磁带和胶片式相机等模拟技术将要复苏的新闻。我是高桥,一名顺应这种潮流,计划复兴串联降压方式的模拟电源的求道者(笑)。

今天和大家讲的是我在“新人”阶段的故事。年终的大扫除是例行公事,每年大扫除时,都会想起一件事情。那就是与“相位旋转”相关的失败经历。

改善串联降压电源的效率

这已经是25年以前的事情。当时,在试验用直流电源中,串联降压方式处于全盛时期,开关电源还不是主流。而且,当时的设计课题之一就是“改善低于额定输出的效率”。如果直接使用变压器的输出,功率因数很好,但是低于输出电压时,对控制晶体管施加的电压增大,损耗增大,效率就会变差。

相位控制电路的作用是,不受输出电压和输入电压波动的影响,将施加到控制晶体管的电压控制到最低限度,减少损耗.因为是通过缩小导通角下调电压,所以,在低电压状态下,存在功率因数变差,产生谐波电流等问题。如果控制晶体管的损耗保持固定,最好满载使用变压器的输出电压。

尝试采用过渡型三相全桥方案

为了达到变压器电压的满载状态,我们的前辈采用的方法是切换变压器的抽头,分阶段改善功率因数,根据变压器的输出改变整流方式,分阶段改变电压等等。从中受到启发,我决定研究过渡型三相全桥相位控制。

电路结构如下:当电压较低时,三相相位控制由使用相电压的三相电桥整流,电压上升后,三相电桥完全导通,处于关断状态的下部SCR(晶闸管)工作,过渡到控制线间电压的全桥。设计进展很顺利,如(图1)消耗电流曲线所示,相对于中间区域的输出电压,效率得到了改善。

图1 消耗电流曲线

新年工作伊始,居然出现2倍电压!

研究有了眉目,迎来一个心情愉快的年底。因大扫除,拆下试制机的配线,对工作地点和办公桌也进行打扫。开完年终员工大会,迎来新的一年。
完成公司的新年首次交货仪式后,开始连接试制机的电源线,重新开始试验。但是,本来年底非常顺利的试验,突然产生了预想2倍的电压。不管是什么原因引起的,新年的快乐心情瞬间消失。

原因是大扫除时拆装配线。在大扫除时拆下配线之前,试制机的端子与输入相(U,V,W)的接线是固定状态,未进行换相。这就是所谓的“相位旋转”,当使用U相的电压信号驱动V相时,U相即使是0V,V相位也会前进120°,因此,形成驱动接近满载电压的状态。

在三相输入电源中,如果输入的配线与控制相位的SCR(晶闸管),驱动SCR的栅极脉冲的关系不匹配,相位控制不会线性移动,可能会一接通电源就上升至满载电压,或者,试图获取额定功率时,相位控制反向工作,导致功率不足的问题。

完全没有考虑在试制机中出现这种输入的“相位旋转”问题。通过这件事情得到的教训是:作为从相电压向线间电压转换的触发器,必须认真考虑“栅极脉冲”的创建方式,否则会出现很大的问题。对策是增加对相电压的检测,当相位不同时关断输出的电路。我时常会想,这个问题幸亏不是交货后在客户那里发生的。

大扫除也是重置

您的职场大扫除是怎样的呢?有时候忙起来,会出现“没有岁末,没有新年!”的黑色阶段,而大扫除是一个“重置”的好机会。工作环境干净了,自己的心情也会变好,甚至还会发现平时埋头工作而疏忽的“漏洞”。虽然大扫除不是值得大书特书的事情,但我认为不要单纯地理解为打扫,而是当成工作的“重置”去认真对待。

TEXT BY
高桥 典夫
38坊如何开户?开发部 系统技术课

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