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大掃除時吞下的失敗的苦果

相位旋轉出乎意料的故事

最近,我聽到了盒式磁帶和膠片式相機等模擬技術將要復蘇的新聞。我是高橋,一名順應這種潮流,計劃復興串聯降壓方式的模擬電源的求道者(笑)。

今天和大家講的是我在“新人”階段的故事。年終的大掃除是例行公事,每年大掃除時,都會想起一件事情。那就是與“相位旋轉”相關的失敗經歷。

改善串聯降壓電源的效率

這已經是25年以前的事情。當時,在試驗用直流電源中,串聯降壓方式處于全盛時期,開關電源還不是主流。而且,當時的設計課題之一就是“改善低于額定輸出的效率”。如果直接使用變壓器的輸出,功率因數很好,但是低于輸出電壓時,對控制晶體管施加的電壓增大,損耗增大,效率就會變差。

相位控制電路的作用是,不受輸出電壓和輸入電壓波動的影響,將施加到控制晶體管的電壓控制到最低限度,減少損耗.因為是通過縮小導通角下調電壓,所以,在低電壓狀態下,存在功率因數變差,產生諧波電流等問題。如果控制晶體管的損耗保持固定,最好滿載使用變壓器的輸出電壓。

嘗試采用過渡型三相全橋方案

為了達到變壓器電壓的滿載狀態,我們的前輩采用的方法是切換變壓器的抽頭,分階段改善功率因數,根據變壓器的輸出改變整流方式,分階段改變電壓等等。從中受到啟發,我決定研究過渡型三相全橋相位控制。

電路結構如下:當電壓較低時,三相相位控制由使用相電壓的三相電橋整流,電壓上升后,三相電橋完全導通,處于關斷狀態的下部SCR(晶閘管)工作,過渡到控制線間電壓的全橋。設計進展很順利,如(圖1)消耗電流曲線所示,相對于中間區域的輸出電壓,效率得到了改善。

圖1 消耗電流曲線

新年工作伊始,居然出現2倍電壓!

研究有了眉目,迎來一個心情愉快的年底。因大掃除,拆下試制機的配線,對工作地點和辦公桌也進行打掃。開完年終員工大會,迎來新的一年。
完成公司的新年首次交貨儀式后,開始連接試制機的電源線,重新開始試驗。但是,本來年底非常順利的試驗,突然產生了預想2倍的電壓。不管是什么原因引起的,新年的快樂心情瞬間消失。

原因是大掃除時拆裝配線。在大掃除時拆下配線之前,試制機的端子與輸入相(U,V,W)的接線是固定狀態,未進行換相。這就是所謂的“相位旋轉”,當使用U相的電壓信號驅動V相時,U相即使是0V,V相位也會前進120°,因此,形成驅動接近滿載電壓的狀態。

在三相輸入電源中,如果輸入的配線與控制相位的SCR(晶閘管),驅動SCR的柵極脈沖的關系不匹配,相位控制不會線性移動,可能會一接通電源就上升至滿載電壓,或者,試圖獲取額定功率時,相位控制反向工作,導致功率不足的問題。

完全沒有考慮在試制機中出現這種輸入的“相位旋轉”問題。通過這件事情得到的教訓是:作為從相電壓向線間電壓轉換的觸發器,必須認真考慮“柵極脈沖”的創建方式,否則會出現很大的問題。對策是增加對相電壓的檢測,當相位不同時關斷輸出的電路。我時常會想,這個問題幸虧不是交貨后在客戶那里發生的。

大掃除也是重置

您的職場大掃除是怎樣的呢?有時候忙起來,會出現“沒有歲末,沒有新年!”的黑色階段,而大掃除是一個“重置”的好機會。工作環境干凈了,自己的心情也會變好,甚至還會發現平時埋頭工作而疏忽的“漏洞”。雖然大掃除不是值得大書特書的事情,但我認為不要單純地理解為打掃,而是當成工作的“重置”去認真對待。

TEXT BY
高橋 典夫
解決方案開發部 系統技術課

[主要產品開發業績]
直流穩定電源PAN-A系列,PAD-LA系列
定制直流電源,定制直流電源系統
電子負載裝置PLZ-4W SR/LP系列,PLZ-5W SR系列

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