制作600W的正弦波逆變器,,
該機(jī)具有以下特點:
1.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。
2.所有的PCB全部采用了單面板,便于大家制作,,因為,,很多愛好者都會自已做單面的PCB,有的用感光法,,有點用熱轉(zhuǎn)印法,,等等,這樣,,就不用麻煩PCB廠家了,,自已在家里就可以做出來,當(dāng)然,,主要的目的是省錢,現(xiàn)在的PCB廠家太牛了,,有點若不起(我是萬不得已才去找PCB廠家的),。
3.該機(jī)所有的元件及材料都可以在淘寶網(wǎng)上買到,有了網(wǎng)購真的很方便,,快遞送到家,,你要什么有什么。
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),我保證你制作成功,,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,。
4.功率只有600W,,一般說來,功率小點容易成功,,既可以做實驗也有一定的實用性,。
下面是樣機(jī)的照片和工作波形:
一、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,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,,也可以大大減小因為電流不平衡引起的干擾,。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,因為,,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圖的,。該板布板時,曾得到好友的提示幫助,,特在此表示感謝,。
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,,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。
因為BT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),,實驗證明,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:
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實現(xiàn)PWM的輸出,后級用二組圖騰輸出,,經(jīng)實驗,,如果用一對190N08,圖騰部分可以省略,,直接用3525驅(qū)動就夠了,。因為這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是制作600W的正弦波逆變器,,
該機(jī)具有以下特點:
1.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。
2.所有的PCB全部采用了單面板,,便于大家制作,,因為,很多愛好者都會自已做單面的PCB,,有的用感光法,,有點用熱轉(zhuǎn)印法,等等,,這樣,,就不用麻煩PCB廠家了,自已在家里就可以做出來,,當(dāng)然,,主要的目的是省錢,現(xiàn)在的PCB廠家太牛了,,有點若不起(我是萬不得已才去找PCB廠家的),。
3.該機(jī)所有的元件及材料都可以在淘寶網(wǎng)上買到,,有了網(wǎng)購真的很方便,快遞送到家,,你要什么有什么,。
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),,我保證你制作成功,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。
4.功率只有600W,,一般說來,,功率小點容易成功,既可以做實驗也有一定的實用性,。
下面是樣機(jī)的照片和工作波形:
一,、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,,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,,也可以大大減小因為電流不平衡引起的干擾,。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,,因為,,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圖的。該板布板時,,曾得到好友的提示幫助,,特在此表示感謝。
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,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,。
因為BT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),,實驗證明,,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:
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實現(xiàn)PWM的輸出,后級用二組圖騰輸出,,經(jīng)實驗,如果用一對190N08,,圖騰部分可以省略,,直接用3525驅(qū)動就夠了。因為這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:
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,。
二,、主要部件的制作和采購
1.SPWM主芯片
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。
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,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。
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:因為銅帶要焊引出線頭,,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,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,,因為磁環(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,實驗證明,,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,,如果有可能,,最好用大一點的風(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
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:
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:
1.功率主板:
功率主板的安裝,因為都是一些大器件,,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。
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,。因為這塊板子,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,,因為元器件較多,,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:因為二個上管是自舉供電的,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),。
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,因為是空載限壓的狀態(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,,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。
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,,也曾請朋友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