在公布了1KW正弦波逆變器的制作過程后,又花了近一個月的時間,制作了這臺600W的正弦波逆變器,該機(jī)有如下特點(diǎn):
- SPWM的驅(qū)動核心采用了單片機(jī)SPWM芯片,TDS2285,所以,SPWM驅(qū)動部分相對純硬件來講,比較簡單,制作完成后要調(diào)試的東西很少,所以,比較容易成功。
- 所有的PCB全部采用了單面板,便于制作,因?yàn)?,很多愛好者都會自已做單面的PCB,有的用感光法,有點(diǎn)用熱轉(zhuǎn)印法等,這樣就不用麻煩PCB廠家,自已在家里就可以做出來,當(dāng)然,主要的目的是省錢。
- 該機(jī)所有的元件及材料都可以在淘寶網(wǎng)上買到。如果PCB沒有做錯,如果元器件沒有問題,如果你對逆變器有一定的基礎(chǔ),包你制作成功,當(dāng)然,里面有很多東西要自已動手做的,可以盡享自已動手的樂趣。
- 功率只有600W,一般說來,功率小點(diǎn)容易成功,既可以做實(shí)驗(yàn)也有一定的實(shí)用性。
今年8月30日,中國電源學(xué)會專家一位神秘專家將現(xiàn)身西安·2013電力電子與電源管理技術(shù)研討會,介紹非隔離DC-DC開關(guān)電源技術(shù)和產(chǎn)品的快速發(fā)展。還有TI專家高能效設(shè)計的電源管理方案奉送,趕快點(diǎn)擊報名搶占有限席位!http://m.1151434.com/seminar/87/agenda
下面是樣機(jī)的照片和工作波形:
下頁內(nèi)容:600W正弦波逆變器電路原理之功率主板
一、600W正弦波逆變器電路原理:
該逆變器分為四大部分,每一部分做一塊PCB板。分別是“功率主板”;“SPWM驅(qū)動板”;“DC-DC驅(qū)動板”;“保護(hù)板”。
1.功率主板:
功率主板包括了DC-DC推挽升壓和H橋逆變兩大部分。
該機(jī)的BT電壓為12V,滿功率時,前級工作電流可以達(dá)到55A以上,DC-DC升壓部分用了一對190N08,這種247封裝的牛管,只要散熱做到位,一對就可以輸出600W,也可以用IRFP2907Z,輸出能力差不多,價格也差不多。主變壓器用了EE55的磁芯,其實(shí),就600W而言,用EE42也足夠了,我是為了繞制方便,加上EE55是現(xiàn)存有的,就用了EE55。關(guān)于主變壓器的繞制,下面再詳細(xì)介紹。前級推挽部分的供電采用對稱平衡方式,這樣做有二個好處,一是可以保證大電流時的二個功率管工作狀態(tài)的對稱性,保證不會出現(xiàn)單邊發(fā)熱現(xiàn)象;二是可以減少PCB反面堆錫層的電流密度,當(dāng)然,也可以大大減小因?yàn)殡娏鞑黄胶庖鸬母蓴_。高壓整流快速二極管,用的是TO220封裝的RHRP8120,這種管子可靠性很好,我用的是二手管,才1元錢一個。高壓濾波電容是470uf/450V的,在可能的情況下,盡可能用的容量大一些,對改善高壓部分的負(fù)載特性和減少干擾都有好處。
H橋部分用的是4個IRFP460,耐壓500V,最大電流20A,也可以用性能差不多的管子代替,用內(nèi)阻小的管子可以提高整機(jī)的逆變效率。H橋部分的電路采用的常規(guī)電路。
下面是功率主板的PCB截圖,長寬為200X150MM,因?yàn)?,這部分的電路比較簡單,所以,我沒有畫原理圖,是直接畫了PCB圖。
下頁內(nèi)容:SPWM驅(qū)動板
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2. SPWM驅(qū)動板
和我的1KW機(jī)器一樣,SPWM的核心部分采用了張工的TDS2285單片機(jī)芯片。關(guān)于該芯片的詳細(xì)介紹,可以看我以前的貼子:http://bbs.dianyuan.com/topic/563779,這里不詳說了。U3,U4組成時序和死區(qū)電路,末級輸出用了4個250光藕,H橋的二個上管用了自舉式供電方式,這樣做的目的是簡化電路,可以不用隔離電源。
因?yàn)锽T電壓會在10-15V之間變化,為了可靠驅(qū)動H橋,光藕250的圖騰輸出級工作電壓一定要在12-15之間,不能低于12V,否則可能使H橋功率管觸發(fā)失敗。所以,這里用了一個MC34063(U9),把BT電壓升至15V(該升壓電路由鐘工提供),實(shí)驗(yàn)證明,這方式十分有效。
整個SPWM驅(qū)動板,通過J1,J2插口和功率板接通,各插針說明如下:
J2:
2P-4P; 7P-9P; 13P-15P; 18P-20P 分別為H橋4個功率管的驅(qū)動引腳。
23P-24P為交流穩(wěn)壓取樣電壓的輸入端。
J1:
1P為2285輸出至前級3525第10P的保護(hù)信號連接端,一旦保護(hù)電路啟動,2285的12P輸出高電平,通過該接口插針到前級3525的10P,關(guān)閉前級輸出。
6P-7P-8P為地GND。
9P接保護(hù)電路的輸出端,用于關(guān)閉后級SPWM輸出。
10P-11P接BT電源。
下面是SPWM驅(qū)動板的電原理圖和PCB截圖:
SPWM驅(qū)動板原理圖 *****************
下頁內(nèi)容:DC-DC驅(qū)動板和保護(hù)板
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3.DC-DC驅(qū)動板
DC-DC升壓驅(qū)動板,采用的是很常見的線路,用一片SG3525實(shí)現(xiàn)PWM的輸出,后級用二組圖騰輸出,經(jīng)實(shí)驗(yàn),如果用一對190N08,圖騰部分可以省略,直接用3525驅(qū)動就夠了。因?yàn)檫@DC-DC驅(qū)動板,和我的1000W機(jī)上的接口是通用的,所以有雙組輸出,該機(jī)上只用了一組。板上有二個小按鈕開關(guān),S1,S2,S1是開機(jī)的,S2是關(guān)機(jī)的,可以控制逆變器的啟動和停機(jī)。
這驅(qū)動板,是用J3,J4接口和功率板相連的,其中J3的第1P為限壓反饋輸入端。
下面是DC-DC升壓驅(qū)動電路圖和PCB截圖:
DC-DC驅(qū)動板原理圖 *********************
4.保護(hù)板
我這次沒有做保護(hù)板,有如下原因:首先是沒有保護(hù)板該機(jī)也可以工作,加上這段時間比較忙,所以,保護(hù)板就拉下了;其次是:我這次公布的功率主板,是后來經(jīng)修正過的,保護(hù)板上的接口也做了改動,而我的樣機(jī)用的是沒有修正過的PCB板,即便是做了保護(hù)板,也插不上去。我倒是希望有朋友如果用我的PCB文檔去廠家打樣,不要忘記,多給我打一套,寄給我,我就可以根據(jù)新的功率主板來畫保護(hù)板了。
下面是保護(hù)部分的電路圖,是我學(xué)習(xí)了鐘工公布的3000W上用的保護(hù)電路變化而來的。
保護(hù)電路 ****************
下面是600W整機(jī)的全部PROTEL99數(shù)據(jù)包
600W正弦波逆變器技術(shù)資料
下頁內(nèi)容:逆變器主要部件制作和采購
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二、600W正弦波逆變器主要部件的制作和采購
1.SPWM主芯片
TDS2285,可以和張工聯(lián)系:http://item.taobao.com/item.htm?id=4044474774
2.主變壓器
主變壓器是制作逆變器成功與否的關(guān)健,本機(jī)主變用的磁芯為EE55,材質(zhì)PC40,我在杭州電子市場買到了一種質(zhì)量很好的骨架,立式的,腳位11加11,腳粗1.2MM。繞制數(shù)據(jù):初級2T加 2T,用10根0.93的線。初級導(dǎo)線總面積為6.8平方MM,次級為0.93線一根,繞60T。
下頁內(nèi)容:主變壓器繞前準(zhǔn)備和繞制步驟
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繞前準(zhǔn)備:
先準(zhǔn)備骨架,把骨架上22個引腳,剪去4個,下面紅圈處就是表示已經(jīng)剪去的腳。上面二個獨(dú)立的腳是高壓繞組用的,遠(yuǎn)離下面的腳有利于絕緣,中間及下面的腳是低壓繞組用的,左邊是一個繞組2圈,右邊是另一個繞組2圈。
繞制步驟:
A),先繞二分之一的高壓繞組(次級),先在骨架上用高溫膠帶粘一層,這樣做是為了防止導(dǎo)線打滑,用一根0.93線繞一層,約30圈(注意的是,高壓繞組的線頭要做好絕緣,我是套進(jìn)一小段熱縮套管,用打火機(jī)烤一下,就緊緊包在線頭上了),再用膠帶固定住線頭,不要讓它散出來,并在高壓繞組的外面用高溫膠帶包三層。
B),下面就可以繞低壓繞組了(初級),低壓繞組分成二層繞,也就是每一層是2加2,用5根線并繞,我畫了一個圖(見下面圖),不知大伙能不能看清楚結(jié)構(gòu)情況。
先用5根0.93線繞2圈(見圖二中紅線),中間留空隙,再在空隙處用另外5根線繞2圈(見圖二中藍(lán)線),每根線長約37CM。用同樣的方法繞二層,層間包二層膠帶,這樣就相當(dāng)于用了10根線并繞。繞完低壓繞組,在繞組外用高溫膠帶包三層。繞低壓繞組要注意的問題是:線頭留在下面,即骨架引腳處,線尾留長一點(diǎn),暫時留在骨架的上面(等繞完高壓繞組后要向下折下來)。從(圖一)可以看出,實(shí)際上,低壓繞組的頭和尾是有一段是重疊的,也就是不是2圈,而是約2.2圈,這樣做可以大大減少漏感。
C),再繼續(xù)繞高壓繞組,繞完另外的30圈,要注意的是,這30圖要和里面的30圈繞向相同,這點(diǎn)很關(guān)健。如果一層繞不下,就把剩下幾圈再繞一層。
D),繞完高壓繞組后,在外面用高溫膠帶包三層,就把低壓繞組原先留在上面的線頭折下來(見圖三),準(zhǔn)備焊在骨架的腳上。去漆可以用脫漆劑,用棉簽沾一點(diǎn)脫漆劑,抹在線頭上,過一會兒,漆就掉下來了,就可以焊了。
E),再后在整個繞組的外面包幾層高溫膠帶,繞好的線包外觀要飽滿平整。
F),現(xiàn)在可以插磁芯了,插磁芯之前要對磁芯的對接面做清潔處理,我是用膠帶粘幾下,把磁芯對接面的粉末全清潔干凈,插入磁芯,用膠帶扎緊,有條件的話對磁芯對接處用膠水做固定。
下頁內(nèi)容:磁環(huán)繞制和散熱風(fēng)扇
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我發(fā)現(xiàn)用這種方法繞制的變壓器漏感比較小。以前用銅帶繞制,漏感一般在0.8uH以上,現(xiàn)在可以做到0.4uH以下。我想原因是:因?yàn)殂~帶要焊引出線頭,這樣就留下了一個錫堆,再繞高壓繞組時,中間就有一個空隙,導(dǎo)致耦合不緊。下圖為測試漏感示意圖。
如果有條件,一定要做一個耐壓測試,任一個低壓繞組對高壓繞組的絕緣要在1500V以上,這樣才可以放心使用。
3. AC輸出濾波磁環(huán)
對于象我這樣純手工打造的愛好者來講,這個磁環(huán)的繞制也是十分頭痛的事。
磁環(huán)是采用直徑40MM的鐵硅鋁磁環(huán),用1.18的線,在上面穿繞90圈,線長約4.5米,如果用導(dǎo)磁率為125的磁環(huán),電感量大約在1.5mH,用導(dǎo)磁度為90的磁環(huán),電感量大約在1mH左右。我做過試驗(yàn),用二個這樣的磁環(huán),每個電感量在0.7mH以上就可以正常工作了。繞制時分二層,第一層,45圈,因?yàn)榇怒h(huán)外圈和內(nèi)圈的周長不同,所以第一層繞時,內(nèi)圈的線要緊密排列,而外圈的線是每圈之間留有一個空隙的。繞第二層時,內(nèi)圈是疊在第一層線上,外圈是嵌在第一層線的空隙中,這樣繞出來的線圈才好看。當(dāng)然,好象是否好看,也不影響使用。下面是我在淘寶上買過磁環(huán)的網(wǎng)店(無意為商家做廣告,只是方便朋友們采購)。注意,繞這個磁環(huán)時,一定要戴手套,否則,導(dǎo)線會讓你勒出血泡的。
4.散熱風(fēng)扇
本機(jī)前級功率管和H橋的功率管都用風(fēng)扇散熱(安裝方法下面再詳述),這是一種小型儀表風(fēng)扇,比電腦上的CPU風(fēng)扇還要小一點(diǎn),實(shí)驗(yàn)證明,在600W輸出的情況下,H橋的4個功率管散熱不成問題,但前級的二個功率管好象散熱不夠一點(diǎn),如果有可能,最好用大一點(diǎn)的風(fēng)扇。
這風(fēng)扇也是在淘寶網(wǎng)上買的,但現(xiàn)在這家店中好象沒有了,只能用其它差不多的風(fēng)扇代替了。
下頁內(nèi)容:其他配件圖解
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5.其它還有一些小配件,也做一個圖解:
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三、安裝與調(diào)試:
本機(jī)的安裝調(diào)試并不復(fù)雜,但安裝前必須做到二點(diǎn):
1.所有元器件必須是好的,器件的耐壓和工作電流一定要夠,盡可能用新器件,有條件的話裝前對元器件作一番測試。
2.PCB質(zhì)量一定要好,裝前最好仔細(xì)地檢查一下,有沒有銅箔毛刺引起的短路等。
下面我講一講各板子的安裝過程要注意的事項(xiàng):
1.功率主板:
功率主板的安裝,因?yàn)槎际且恍┐笃骷?,所以安裝是比較方便的。
大功率管的安裝:先把大功率管的腳彎成如下圖所示的樣子,然后把管子金屬面朝上,將管腳插入焊接孔,在功率管的金屬面上涂一點(diǎn)導(dǎo)熱硅脂,再覆蓋一層矽膠片做絕緣。再把散熱器蓋上,從PCB下面升上來一個M3的螺絲,擰在散熱器,并擰緊,這樣,散熱器就緊緊壓在大功率管上了,再在反面把管腳焊好。這種裝法,主要是更換功率管比較方便。
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PCB板上的有幾個元件是要裝在反面的,即銅箔面,見下圖黃色的圈內(nèi)的元件。
如左邊的R10 R11 R12,C15 C16 C17,是DC-DC升壓電路的吸收回路,因?yàn)楸緳C(jī)前級用的是準(zhǔn)開環(huán),如果變壓器漏感不大,這六個元件可以不裝,我的樣機(jī)就沒有裝。
右邊黃色圈內(nèi)的C14,是一個CBB電容,224/630V,是跨接在H橋的正極和負(fù)極之間的,主要作用是濾除高壓母線上的各種干擾及毛刺,這個電容不能省,我在裝這臺樣機(jī)時,開始就是因?yàn)橄胧×诉@個電容,莫名其妙地?zé)艘粋€H橋的MOS管,后來經(jīng)鐘工提醒裝上這個電容,就平安無事了。
快恢復(fù)二極管,都裝上一個小散器,散熱器上有一個腳也插入PCB,反面焊好,起到固定二極管的作用。這四個二極管的位置,我在畫PCB時就作了散熱考慮,把它放在H橋的風(fēng)扇的出風(fēng)口,讓風(fēng)扇吹著,所以一般不會太熱。
前級因?yàn)殡娏骱艽螅訮CB的反面有6MM寬的留錫層,在裝好全部元件后,在PCB引出線孔中插入4根6平方的電線(最好二紅二綠,便于區(qū)別正負(fù)),再在反面留錫層上,用100W左右的烙鐵進(jìn)行堆錫,一般要堆到1MM厚才可以。
上圖二個綠圈中是風(fēng)扇插座,紅圈中是一個5X20的保險絲座。
前級低壓電解和后級高壓電解,最好能買到高頻低阻的。
功率主板,如果元件是好的,一般不用單獨(dú)調(diào)試。
下頁內(nèi)容:DC-DC驅(qū)動板和SPWM驅(qū)動板
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2.DC-DC驅(qū)動板:
這塊驅(qū)動板,沒有什么難度,只要元件是好的,且沒有裝錯東西的話,一般可以一次開機(jī)成功。
板子裝完后,接入12V直流電,見上圖,按一下S1開關(guān),驅(qū)動板就開始工作了,測一下工作電流,一般應(yīng)該在40MA左右,將示波器探頭接到圖中PWM輸出處,應(yīng)該看到二路互為相反的PWM波輸出,頻率在28K左右,幅度為12V。因?yàn)檫@塊板子,當(dāng)初我畫的時候,是和我的1000W機(jī)通用的,所以,插針處有二對輸出,但在600W機(jī)中只用了左邊的一對。
3. SPWM驅(qū)動板
SPWM驅(qū)動板,因?yàn)樵骷^多,所以,安裝時一定要細(xì)心,元器件不能有問題,也不能裝錯。特別是板上的高速隔離光藕TLP250,買時一定要注意質(zhì)量,現(xiàn)在淘寶上的價格很亂,我曾經(jīng)買到很便宜的,全新的才2.8元一個,結(jié)果發(fā)現(xiàn)是打磨后重新印字的假貨。一般我認(rèn)為,全新東芝原裝的,價格應(yīng)該在5-6元的才是真的。
裝好板子后,按下圖接上12V電源,總電流應(yīng)該在120-130MA左右。
測C22二端應(yīng)該在19V左右,C23二端為15V,說明升壓電路部分基本正常。這時,就可以用示波器在SPWM輸出端測到SPWM波形,見上圖右邊的引出腳。(注意:因?yàn)槎€上管是自舉供電的,所以,在沒有接H橋的情況下,只能測到二個下管的SPWM波形,二個上管的波形暫時測不到的,這是正常的)。
下頁內(nèi)容:整機(jī)調(diào)試
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4.整機(jī)調(diào)試:
為了安全起見,一般是前后級分開來調(diào)試,等把前后級都調(diào)好了,再聯(lián)起來調(diào)試,就方便了。
A).前級的調(diào)試:
先在電瓶的引線上接一個15A的保險絲,功率主板上的高壓保險絲不要裝,這樣,前后級就分開了。插上前級DC-DC驅(qū)動板,把萬用表直流電壓700V檔接在高壓電解二端,開機(jī)(按一下DC-DC驅(qū)動板上的ON啟動開關(guān)),前級就啟動了,功率主板上的高壓指示LED就亮了,這時,看直流高壓為幾V。調(diào)試DC-DC驅(qū)動板上的R12多圈電位器,使高壓輸出在370-380V之間。此時,12V的電流應(yīng)該在200MA之內(nèi),說明前級正常。這里如果看D極波形,應(yīng)該是雜亂的波形,因?yàn)槭强蛰d限壓的狀態(tài)下,這樣的波形是對的。
這里,可以稍稍為前級加點(diǎn)負(fù)載,可以用二個100W220V的燈泡串聯(lián)起來,接到高壓解的二端,這時電瓶電流可達(dá)到12A左右,讓它工作一段時間,看看前級功率管有沒有溫升,如果溫升不明顯,可以把電瓶保險絲換大點(diǎn),繼續(xù)加大負(fù)載,一般在功率管散熱正常的情況下,前級可以加到600W左右。在加載的情況下,再看D極波形,應(yīng)該是正常的方波,稍有點(diǎn)尖峰是沒有關(guān)系的,如果尖峰過大,說明變壓器制作不過關(guān),要重新繞制。
B).后級調(diào)試:
調(diào)好前級后,再把前級的DC-DC驅(qū)動板拔下,在功率主板的高壓保險絲座上,裝上一個1A左右的保險絲,在高壓電解二端接上一個60V左右的電壓,作為母線電壓,我是用一臺雙組的30V電源串起來當(dāng)成60V用。插上SPWM驅(qū)動板,如果電路沒有問題,這時,在AC輸出端就可以測到正弦波了,電壓大約在40V左右,可以接一個36V60W的燈泡做負(fù)載。
C).聯(lián)機(jī)
在前后級都正常的情況下,可以把前后級聯(lián)起來,完成整機(jī)調(diào)試。
把前級的DC-DC驅(qū)動板重新插上,后級AC輸出端的負(fù)載去掉,接上示波器(示波器最好用1:100的高壓探頭)和萬用表(AC700V檔),把高壓保險絲換成一個0.5A的。下面要做的事是:開機(jī)!即按一下DC-DC驅(qū)動板的啟動開關(guān),成敗在此一舉,如果后級元件耐壓沒有問題,此時,應(yīng)該在示波器上看到正弦波了,波形應(yīng)該很漂亮。這里,調(diào)整SPWM驅(qū)動板的多圈電位器R7,就可以看到輸出電壓在變化,把它調(diào)在225V左右停下。
當(dāng)然,如果元器件性能不好,或者安裝不到位,這時不是冒煙,就是冒火了!
讓機(jī)器空載工作一段時間,如果沒有出現(xiàn)意外,可以把高壓保險絲換成2A的,慢慢加大負(fù)載,一般是100W,200W,400W,一步一步地加,每加一點(diǎn)讓機(jī)器老化一段時間,同時要密切注意前級功率管的溫升,如果溫度過高,要查出原因。
我在裝這臺樣機(jī)時,曾遇到過300W以下一切正常,加到300W以上,H橋管子就有一個燒掉,也曾請鐘工張工幫我診斷和查找原因,后來是加強(qiáng)了高壓直流和SPWM板電源的濾波就一切正常了。