正弦波逆变器

正弦波逆变器电路图现有的逆变器，有方波输出和正弦波输出的。方波输出的逆变器效率高，但对于都是为正弦波电源设计的电器来说，使用总是不放心，虽然可以适用于许多电器，但部分电器就不适用，或用起来电器的指标会变化。正弦波输出的逆变器就没有这方面的缺点，却存在效率低的缺点。设计了一款高效率正弦波逆变器，其电路如图 1。该电路用 12V 电池供电。先用一片倍压模块倍压为运放供电。可选取 ICL7660 或 MAX1044 。运放 1 产生 50Hz 正弦波作为基准信号。运放 2 作为反相器。运放 3 和运放 4 作为迟滞比较器。其实运放 3 和开关管 1 构成的是比例开关电源。运放 4 和开关管 2 也同样。它的开关频率不稳定。在运放 1 输出信号为正相时，运放 3 和开关管工作。这时运放 2 输出的是负相。这时运放 4 的正输入端的电位（恒为 0）总比负输入端的电位高，所以运放 4 输出恒为 1，开关管关闭。在运放 1 输出为负相时，则相反。这就实现了两开关管交替工作。下面论述一下开关管是怎么工作的。当基准信号比检测信号，也即是运放 3 或 4 的负输入端的信号比正输入端的信号高一微小值时， 比较器输出 0 ， 开关管开， 随之检测信号迅速提高， 当检测信号比基准信号高一微小值时， 比较器输出 1 ， 开关管关。这里要注意的是，在电路翻转时比较器有个正反馈过程，这是迟滞比较器的特点。比如说在基准信号比检测信号低的前提下，随着它们的差值不断地靠近，在它们相等的瞬间，基准信号马上比检测信号高出一定值。这个 “ 一定值 ” 影响开关频率。它越大频率越低。这里选它为 0.10.2V 。C3 ， C4 的作用是为了让频率较高的开关续流电流通过，而对频率较低的 50Hz 信号产生较大的阻抗。 C5 由公式50 算出。 L 一般为 70H ，制作时最好测一下。这样 C 为 0.15 μ 左右。 R4 与 R3 的比值要严格等于 0.5 ，大了波形失真明显，小了不能起振，但是宁可大一些，不可小。开关管的最大电流为 I25A 。这里较详细的讨论一下 L1 ， L2 的选值。把负载电等效回变压器的输入端，其电路为图 2 。考虑到开关频率比 50Hz 大得多，在开关从开到关的过程，可以把变压器的电压看成是不变的。则电源通过 L 输出的能量为 W∫ Uccdtt 忽略一切不理想损耗，此能量应等于负载消耗能量。上式的平均功率为 Pt希望在 Ucc-U 接近于某一小值时，电池能以较高的开关频率并符合要求地向变压器供电。这个 “ 某一小值 ” 这里取 0.5V ，频率取 5kHz 。当 Ucc-U0.5V ，开关管将较长时间开着（这是相对来说的）。如果需要这个电源的最大输出功率为 150W ，那么负载电阻为 322.7Ω ，折算到变压器输入端为 0.48 Ω 。∴负载此时的瞬时功率为 P276W ∴ P 276 ∴ L2.2μH可以看出 L 值很小，对开关管不利，并且输出有削峰。制作时可以增加 L 值，但最大输出功率会减少。解决这一问题的最好方法是，用 16V 电源供电，还用 8.5V 变压器（峰值为 12V ），和峰值为 12V 的基准信号，但这时的电路需要改动．逆变器制作全过程制作 600W 的正弦波 逆变器 ，该机具有以下特点1.SPWM 的驱动核心采用了单片机 SPWM 芯片， TDS 2285 ，所以， SPWM 驱动部分相对纯硬件来讲，比较简单，制作完成后要调试的东西很少，所以，比较容易成功。2.所有的 PCB 全部采用了单面板，便于大家制作，因为，很多爱好者都会自已做单面的 PCB ，有的用感光法，有点用热转印法，等等，这样，就不用麻烦 PCB 厂家了，自已在家里就可以做出来， 当然， 主要的目的是省钱， 现在的 PCB 厂家太牛了，有点若不起（我是万不得已才去找 PCB 厂家的） 。3.该机所有的元件及材料都可以在淘宝网上买到，有了网购真的很方便，快递送到家，你要什么有什么。如果 PCB 没有做错， 如果元器件没有问题， 如果你对逆变器有一定的基础，我保证你制作成功，当然，里面有很多东西要自已动手做的，可以尽享自已动手的乐趣。4.功率 只有 600W ，一般说来，功率小点容易成功，既可以做实验也有一定的实用性。一、电路原理该逆变器分为四大部分， 每一部分做一块 PCB 板。 分别是 “ 功率主板 ” ； “ SPWM 驱动板 ” ； “ DC-DC 驱动板 ” ； “ 保护板 ” 。1.功率主板功率主板包括了 DC-DC 推挽升压和 H 桥逆变两大部分。 该机的 BT 电压为 12V，满功率时，前级工作 电流 可以达到 55A 以上， DC-DC 升压部分用了一对 190 N08 ，这种 247封装的牛管，只要散热做到位， 一对就可以输出 600W ， 也可以用 IRFP2907Z ，输出能力差不多，价格也差不多。主 变压器 用了 EE55 的磁芯，其实，就 600W 而言，用 EE42 也足够了，我是为了绕制方便，加上 EE55 是现存有的，就用了 EE55 。关于主变压器的绕制，下面再详细介绍。 前级推挽部分的供电采用对称平衡方式， 这样做有二个好处， 一是可以保证大电流时的二个功率管工作状态的对称性，保证不会出现单边发热现象；二是可以减少 PCB 反面堆锡层的电流密度， 当然， 也可以大大减小因为电流不平衡引起的干扰。 高压整流快速 二极管 ， 用的是 TO220 封装的 RHRP8120 ，这种管子可靠性很好，我用的是二手管，才 1元钱一个。高压 滤波电容 是 470 uf/450V 的，在可能的情况下，尽可能用的容量大一些， 对改善高压部分的负载特性和减少干扰都有好处。 H 桥部分用的是 4个 IRFP460 ，耐压 500V ，最大电流 20A ，也可以用性能差不多的管子代替， 用内阻小的管子可以提高整机的逆变效率。H 桥部分的电路采用的常规电路。下面是功率主板的 PCB 截图，长宽为 200 X150MM ，因为，这部分的电路比较简单，所以，我没有画原理图，是直接画了PCB 图的。该板布板时，曾得到好友的提示帮助，特在此表示感谢。2. SPWM 驱动板和我的 1KW 机器一样， SPWM 的核心部分采用了张工的TDS2285 单片机芯片。 关于该芯片的详细介绍， 这里不详说了。U3,U4 组成时序和死区电路， 末级输出用了 4个 250光藕， H 桥的二个上管用了自举式供电方式， 这样做的目的是简化电路， 可以不用隔离 电源 。因为 BT 电压会在 10-15V 之间变化，为了可靠驱动 H 桥，光藕 250 的图腾输出级工作电压一定要在 12-15 之间， 不能低于 12V ，否则可能使 H 桥功率管触发失败。 所以， 这里用了一个 MC34063（ U9） ，把 BT 电压升至 15V（该升压电路由钟工提供） ，实验证明，这方式十分有效。整个 SPWM 驱动板，通过 J1,J2 插口和功率板接通，各插针说明如下J2 2P-4P; 7P-9P; 13P-15P; 18P-20P 分别为 H 桥 4个功率管的驱动引脚23 P-24P 为交流 稳压 取样电压的输入端。J1 1P 为 2285 输出至前级 3525 第 10P 的保护信号连接端，一旦保护电路启动， 2285 的 12P 输出高电平，通过该接口插针到前级 3525 的 10P ，关闭前级输出。6P-7P-8P 为地 GND 。9P 接保护电路的输出端，用于关闭后级 SPWM 输出。10P-11P 接 BT 电源。下面是 SPWM 驱动板的电原理图和 PCB 截图3.DC-DC 驱动板DC-DC 升压驱动板，采用的是很常见的线路，用一片SG3525 实现 PWM 的输出，后级用二组图腾输出，经实验，如果用一对 190N08 ， 图腾部分可以省略， 直接用 3525 驱动就够了。因为这 DC-DC 驱动板， 和我的 100 0W 机上的接口是通用的， 所以有双组输出，该机上只用了一组。板上有二个小按钮 开关 ，S1,S2 ， S1是开机的， S2是关机的， 可以控制逆变器的启动和停机。这驱动板，是用 J3,J4接口和功率板相连的，其中 J3的第 1P为限压反馈输入端。下面是 DC-DC 升压驱动电路图和 PCB 截图4.保护板我这次没有做保护板，有如下原因首先是没有保护板该机也可以工作，加上这段时间比较忙，所以，保护板就拉下了；其次是我这次公布的功率主板，是后来经修正过的，保护板上的接口也做了改动，而我的样机用的是没有修正过的 PCB 板，即便是做了保护板，也插不上去。我倒是希望有朋友如果用我的PCB 文档去厂家打样，不要忘记，多给我打一套，寄给我，我就可以根据新的功率主板来画保护板了。 下面是保护部分的电路图， 是我学习了钟工公布的 300 0W 上用的保护电路变化而来的。二、主要部件的制作和采购1.SPWM 主芯片2.主变压器主变压器是制作逆变器成功与否的关健，本机主变用的磁芯为 EE55 ，材质 PC40 ，我在杭州电子市场买到了一种质量很好的骨架，立式的，脚位 11加 11，脚粗 1.2MM 。绕制数据初级2T 加 2T，用 10根 0.93 的线。初级导线总面积为 6.8平方 MM，次级为 0.93 线一根，绕 60T。绕前准备先准备骨架， 把骨架上 22个引脚， 剪去 4个， 下面红圈处就是表示已经剪去的脚。 上面二个独立的脚是高压绕组用的， 远离下面的脚有利于绝缘， 中间及下面的脚是低压绕组用的， 左边是一个绕组 2圈，右边是另一个绕组 2圈。绕制步骤A,先绕二分之一的高压绕组 （次级） ， 先在骨架上用高温胶带粘一层，这样做是为了防止导线打滑，用一根 0.93 线绕一层，约30圈 （注意的是， 高压绕组的线头要做好绝缘， 我是套进一小段热缩套管，用打火机烤一下，就紧紧包在线头上了） ，再用胶带固定住线头， 不要让它散出来， 并在高压绕组的外面用高温胶带包三层。B， 下面就可以绕低压绕组了 （初级） ， 低压绕组分成二层绕，也就是每一层是 2加 2， 用 5根线并绕， 我画了一个图 （见下面图） ，不知大伙能不能看清楚结构情况。先用 5根 0.93 线绕 2圈（见图二中红线） ，中间留空隙，再在空隙处用另外 5根线绕 2圈 （见图二中蓝线） ， 每根线长约 37CM 。用同样的方法绕二层，层间包二层胶带，这样就相当于用了 10根线并绕。绕完低压绕组，在绕组外用高温胶带包三层。绕低压绕组要注意的问题是线头留在下面，即骨架引脚处，线尾留长一点， 暂时留在骨架的上面 （等绕完高压绕组后要向下折下来） 。从（图一）可以看出，实际上，低压绕组的头和尾是有一段是重叠的， 也就是不是 2圈， 而是约 2.2圈， 这样做可以大大减少漏感。C，再继续绕高压绕组，绕完另外的 30圈，要注意的是，这30图要和里面的 30圈绕向相同， 这点很关健。 如果一层绕不下，就把剩下几圈再绕一层。 D，绕完高压绕组后，在外面用高温胶带包三层， 就把低压绕组原先留在上面的线头折下来 （见图三） ，准备焊在骨架的脚上。 去漆可以用脱漆剂， 用棉签沾一点脱漆剂，抹在线头上，过一会儿，漆就掉下来了，就可以焊了。E） ，再后在整个绕组的外面包几层高温胶带，绕好的线包外观要饱满平整。F） ，现在可以插磁芯了，插磁芯之前要对磁芯的对接面做清洁处理，我是用胶带粘几下，把磁芯对接面的粉末全清洁干净，插入磁芯， 用胶带扎紧， 有条件的话对磁芯对接处用胶水做固定。我发现用这种方法绕制的变压器漏感比较小。以前用铜带绕制，漏感一般在 0.8uH 以上，现在可以做到 0.4uH 以下。我想原因是因为铜带要焊引出线头，这样就留下了一个锡堆，再绕高压绕组时，中间就有一个空隙，导致耦合不紧。下图为测试漏感示意图。如果有条件，一定要做一个耐压测试，任一个低压绕组对高压绕组的绝缘要在 1500V 以上，这样才可以放心使用。3. AC 输出滤波磁环对于象我这样纯手工打造的爱好者来讲， 这个磁环的绕制也是十分头痛的事。磁环是采用直径 40MM 的 铁硅铝磁环 ，用 1.18 的线，在上面穿绕 90圈， 线长约 4.5 米， 如果用导磁率为 125的磁环， 电感 量大约在 1.5mH ，用导磁度为 90的磁环，电感量大约在 1mH 左右。我做过试验，用二个这样的磁环，每个电感量在 0.7mH 以上就可以正常工作了。绕制时分二层，第一层， 45圈，因为磁环外圈和内圈的周长不同，所以第一层绕时，内圈的线要紧密排列，而外圈的线是每圈之间留有一个空隙的。 绕第二层时， 内圈是叠在第一层线上， 外圈是嵌在第一层线的空隙中， 这样绕出来的线圈才好看。当然，好象是否好看，也不影响使用。下面是我在淘宝上买过磁环的网店 （无意为商家做广告， 只是方便朋友们采购） 。注意，绕这个磁环时，一定要戴手套，否则，导线会让你勒出血泡的。4.散热风扇本机前级功率管和 H 桥的功率管都用风扇散热（安装方法下面再详述） ， 这是一种小型 仪表 风扇， 比电脑上的 CPU 风扇还要小一点，实验证明，在 600W 输出的情况下， H 桥的 4个功率管散热不成问题， 但前级的二个功率管好象散热不够一点， 如果有可能，最好用大一点的风扇。这风扇也是在淘宝网上买的，但现在这家店中好象没有了，只能用 其它 差不多的风扇代替了三、安装与调试本机的安装调试并不复杂，但安装前必须做到二点1.所有元器件必须是好的，器件的耐压和工作电流一定要够，尽可能用新器件，有条件的话装前对元器件作一番测试。2.PCB 质量一定要好，装前最好仔细地检查一下，有没有铜箔毛刺引起的短路等。下面我讲一讲各板子的安装过程要注意的事项1.功率主板功率主板的安装，因为都是一些大器件，所以安装是比较方便的。大功率管的安装 先把大功率管的脚弯成如下图所示的样子，然后把管子金属面朝上， 将管脚插入焊接孔， 在功率管的金属面上涂一点导热硅脂， 再覆盖一层矽胶片做绝缘。 再把 散热器 盖上，从 PCB 下面升上来一个 M3的 螺丝 ，拧在散热器，并拧紧，这样，散热器就紧紧压在大功率管上了，再在反面把管脚焊好。这种装法，主要是更换功率管比较方便。板子装完后，接入 12V 直流电，见上图，按一下 S1开关，驱动板就开始工作了，测一下工作电流，一般应该在 40MA 左右，将 示波器 探头接到图中 PWM 输出处， 应该看到二路互为相反的PWM 波输出，频率在 28K 左右，幅度为 12V 。因为这块板子，当初我画的时候，是和我的 1000W 机通用的，所以，插针处有二对输出，但在 600W 机中只用了左边的一对。3. SPWM 驱动板SPWM 驱动板， 因为元器件较多， 所以， 安装时一定要细心，元器件不能有问题，也不能装错。特别是板上的高速隔离光藕TLP250 ，买时一定要注意质量，现在淘宝上的价格很乱，我曾经买到很便宜的，全新的才 2.8元一个，结果发现是打磨后重新印字的假货。一般我认为，全新东芝原装的，价格应该在 5-6元的才是真的。装好板子后， 按下图接上 12V 电源， 总电流应该在 120-130MA左右。测 C22 二端应该在 19V 左右， C23 二端为 15V ， 说明升压电路部分基本正常。这时，就可以用示波器在 SPWM 输出端测到SPWM 波形，见上图右边的引出脚。 （注意因为二个上管是自举供电的，所以，在没有接 H 桥的情况下，只能测到二个下管的 SPWM 波形，二个上管的波形暂时测不到的，这是正常的） 。4.整机调试为了安全起见，一般是前后级分开来调试，等把前后级都调好了，再联起来调试，就方便了。A） .前级的调试先在电瓶的引线上接一个 15A 的 保险丝 ，功率主板上的高压保险丝不要装，这样，前后级就分开了。插上前级 DC-DC 驱动板，把万用表直流电压 700V 档接在高压电解二端，开机（按一下 DC-DC 驱动板上的 ON 启动开关） ，前级就启动了，功率主板上的高压指示 LED 就亮了，这时，看直流高压为几 V。调试DC-DC 驱动板上的 R12 多圈 电位器 ，使高压输出在 370- 380 V之间。此时， 12V 的电流应该在 200MA 之内，说明前级正常。这里如果看 D 极波形，应该是杂乱的波形，因为是空载限压的状态下，这样的波形是对的。这里，可以稍稍为前级加点负载，可以用二个 100W220V 的灯泡串联起来， 接到高压解的二端， 这时电瓶电流可达到 12A 左右，让它工作一段时间，看看前级功率管有没有温升，如果温升不明显，可以把电瓶保险丝换大点，继续加大负载，一般在功率管散热正常的情况下，前级可以加到 600W 左右。在加载的情况下，再看 D 极波形，应该是正常的方波，稍有点尖峰是没有关系的，如果尖峰过大，说明变压器制作不过关，要重新绕制。B） .后级调试调好前级后， 再把前级的 DC-DC 驱动板拔下， 在功率主板的高压保险丝座上，装上一个 1A 左右的保险丝，在高压电解二端接上一个 60V 左右的电压， 作为母线电压， 我是用一台双组的 30V电源串起来当成 60V 用。插上 SPWM 驱动板，如果电路没有问题，这时，在 AC 输出端就可以测到正弦波了，电压大约在 40V左右，可以接一个 36V60W 的灯泡做负载。C） .联机在前后级都正常的情况下，可以把前后级联起来，完成整机调试把前级的 DC-DC 驱动板重新插上， 后级 AC 输出端的负载去掉，接上示波器（示波器最好用 1 100 的高压探头）和万用表（ AC700V 档） ，把高压保险丝换成一个 0.5A 的。下面要做的事是 开机 即按一下 DC-DC 驱动板的启动开关， 成败在此一举，如果后级元件耐压没有问题， 此时， 应该在示波器上看到正弦波了，波形应该很漂亮。这里，调整 SPWM 驱动板的多圈电位器R7，就可以看到输出电压在变化，把它调在 225 V 左右停下。让机器空载工作一段时间，如果没有出现意外，可以把高压保险丝换成 2A 的， 慢慢加大负载， 一般是 100W ， 200W ， 400 W，一步一步地加， 每加一点让机器老化一段时间， 同时要密切注意前级功率管的温升，如果温度过高，要查出原因。1000W 正弦波逆变器制作过程详解作者 老寿电路图献上 这个机器，输入电压是直流是 12V,也可以是 24V， 12V 时我的目标是 800W，力争 1000W ，整体结构是学习了钟工的 3000W 机器 .具体电路图请参考 1000W 正弦波逆变器 直流 12V 转交流 220V电路图也是下面一个大散热板， 上面是一块和散热板一样大小的功率主板， 长 228MM ， 宽 140MM 。升压部分的 4 个功率管， H桥的 4 个功率管及 4 个 TO220封装的快速二极管直接拧在散热板；DC-DC升压电路的驱动板和 SPWM 的驱动板直插在功率主板上。因 为 电 流 较 大 ， 所 以 用 了 三 对 6 平 方 的 软 线 直 接 焊 在 功 率 板 上如上图在板子上预留了一个储能电感的位置，一般情况用准开环，不装储能电感，就直接搭通，如果要用闭环稳压，就可以在这个位置装一个 EC35的电感上图红色的东西， 是一个 0.6W 的取样变压器， 如果用差分取样， 这个位置可以装二个 200K的降压电阻， 取样变压器的左边， 一个小变压器样子的是预留的电流互感器的位置， 这次因为不用电流反馈，所以没有装互感器， PCB下面直接搭通。上面是 SPWM 驱动板的接口， 4 个圆孔下面是装 H 桥的 4 个大功率管，那个白色的东西是0.1R 电流取样电阻。二个直径 40 的铁硅铝磁绕的滤波电感，是用 1.18 的线每个绕 90 圈，电感量约 1MH ，磁环初始导磁率为 90。上图是 DC-DC升压电路的驱动板，用的是 KA3525。这次共装了二板这样的板，一块频率是27K，用于普通变压器驱动，还有一块是 16K，想试试非晶磁环做变压器效果。H 桥部分的大功率管， 我有二种选择， 一种是常用的 IRFP460， 还有一种是 IGBT管 40N60，显然这二种管子不是同一个档次的， 40N60 要贵得多， 但我的感觉， 40N60 的确要可靠得多，贵是有贵的道理，但压降可能要稍大一点。这是 TO220 封装的快恢复二极管， 15A 1200V，也是张工提供的，价格不贵。我觉得它安装在散热板上，散热效果肯定比普通塑封管要强。这次的变压器用的是二个 EC49 磁芯绕制的，每个功率 500W，余量应该比较大的，初级并联，次级串联。用二个变压器的理由是 1，有利于功率的输出， 2.变比小了，可能头痛的尖峰问题会少一些。今天对前级进行上电，第一次没有成功，空载电流近 1A，查到是变压器的原因，后来换了磁芯，空载降到 360MA（每个变压器 180MH ，基本可以接受） ，可见磁芯的重要性，而现在要买到几付好的磁性实在太难了。所幸的是 D 极波形很好，这次的变压器应该做得还可以了，参数是初级 33，用 0.2*29 的铜带，次级 44T，用 0.74 线二根。下一步准备为前级加载，因为一台逆变器，能不能输出预定的功率，前级质量是决定因素。 只因那个大功率的开关电源还有一点小问题要解决，所以，加载可能还要过几天。这照片上的稳压电源上显示电流为 450MA， 因为并不是完全空载， 我在高压处挂了一个 LED，用 150K2W 电阻降压，这个指示电路要消耗近 1W 功率，约增加 90MA 的电流。今天对前级进行加载实验，前级为开环，也没有装储能电感，分二步第一步加载约 630W，负载是一个 200R、 1KW 的大电阻，这时工作电流为 54.5A。连续工作一小时，散热板和 190N08 大功率管及变压器只有微温， D 极波形还比较好，尖峰刚露，不明显，这时母线高压为 356V。