1000W正弦波逆变器制作过程详解

1000W正弦波逆变器制作过程详解 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: 吸取了以前的教训:以前因为PCB设计得不好～打了很多样～花了很多冤枉钱～ 常常是PCB打样回来了～装了一片就发现了问题～其它的板子就这样废弃了。所 以这次画PCB时～我充分考虑到板子的灵活性～尽可能一板多用～这样可以省下不少钱～哈哈。 如上图:在板子上预留了一个储能电感的位臵～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～就可以在这个位臵装一个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～这个位臵可以装二个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臵～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～是:初级3+3～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。 这是SPWM驱动板的PCB～本用的是张工提供的单片机SPWM芯片TDS2285～输出部分还是用250光藕进行驱动～因为这样比较可靠。也是为了可靠起见～这次二个上管没有用自举供电～而是老老实实地用了三组隔离电源对光藕进行供电。因为上面的小变压器在打样～还没有回来～所以这块板子还没有装好。本方案中的SPWM驱动也是灵活的～既可以用单片机～也可以用纯硬件～只要驱动板的接口设计得一致～都可以插到本方案的功率板上～甚至也可以做成方波逆变器。 这次DC-DC功率部分的大管子～没有用2907～而是用了深圳黄工向我推荐的RU190N08～上图中的电流应该是190A～错打了180A。因为这管子比2907稍便宜点～所以我准备试一试。 第二步:进一步加大负载～又挂上了二个串联的200W灯泡～这时工作电流77.9A左右～此时～实际输出功率在900W以上了～母线高压降至347V～D极波形有一路能看到明显的上冲尖峰。工作半小时～散热板温度为45度～ 4个190N08管壳温度:3个为46度～有一个为51度～变压器也有点热。但快速二极管一点也不热。 如果要逆变输出1000W～前级起码要能输出1100W左右～从今天情况来看～温升好象快了些～温度主要集中在大功率MOS管和变压器。因为这样的结构～换管子很麻烦～本来想把190N08换成2907～做一个对比实验。变压器热～我还是认为磁芯质量不过关～因为在900W时～每个变压器单边绕组的电流不到20A～我用的是0.2X29MM的铜带～有5.8个平方MM～电流密度只有3A多一些～初级绕组是不应该发热的,次级有0.74X2～900W时流过的电流不到3A～也不应该热。看 来磁芯实在太重要了。 明天准备用风机对散热板进行主动性散热～加载到1050W以上 今天又继续加大负载～再用二个150W灯泡串联接上去～因为考虑到大电流时线路的压降～把电源电压调高了0.2V～为12.4V～但到线路板还是只有12.1V,我的电源线是用二根10平方并联的,。开机后～工作电流达到98.7A～母线电压为345V～母线电流为3.151A～此时～实际输出功率为1087W。D极波形上的尖峰有点加高～达到45Vpp,因为我在设计PCB时～没有考虑用吸收回路～再加上尖峰也没有达到管子的耐压值～所以也就不去理它了,。此时～功耗达到了1194W～前级的实际效率只有91%了。变压器温升很明显了～因为我在散热板下面放了一个小风扇～所以～管子的温度一直在40度以下～我只让它工作了约20分种。 小结:前级的实验并没有结束～我还想用纳米晶磁环做一次实验～但年内肯定是没有时间了～过了年再试了。看来BT在12V时～要提高功率和效率～瓶颈主要是:1.变压器～包括磁芯质量～绕制数据及工艺等,2.大功率MOS管～内阻一定要小,3.布线及结构～我PCB反面大电流路径都有15-20MM宽的铜箔～填锡达2MM～还加焊了几根4平方的铜线～结构方面主要是散热一定要顺畅～加小风扇是很好的办法。 今天的工作本来想把RU190N08和2907做一个对比测试～测试这二种管子在不同输出功率时的效率情况～于是～先调整了各种测试仪～先把已经装在板子上的RU190N08做了测试～测试结果如下～看来黄工的这几个管子还是算挣气～一路 测下来～效率情况良好。 接下来就是花了一个多小时换管子～装上了4个全新的IRFP2907～本是兴冲冲开机～希望是一个很好的结果～但万万没有想到的是------失败: 在挂上1号负载时,二个150W灯泡串联,～工作电流达41.5A～输入功率达523.3W～输出功率为283.4W～效率仅为:54%。这可是做梦都没有想到的结果～2907管子很快发热。 在百思不解的情况下～查看D极波形～居然出现了长长的尖峰: 一般情况下～出现这样的波形～肯定是怀疑变压器漏感太大～但我这二个变压器在用RU190N08时～工作得很好～在挂1号负载时～根本看不到尖峰。 我再测G极波形～发现驱动方波全部变成了梯形波～这才恍然大悟～原来是2907的驱动功率不足所致。看来2907的结电容远远大于RU190N08～用3525直接推动4个2907有点困难。为了证实我的想法～我把栅极电阻从原先的20R换成了10R～再开机～这时～在同样负载下～电流下降为28.3A,用RU190N08时只有21.9A,～欠激是肯定的了～因为我的驱动板上没有装图腾柱输出～现在只好等重新做了驱动板再试了。 (驱动功率不足～D极会出现长长的尖峰～这可是第一次遇到～长见识了啊:) 上图是栅极波形～这时电阻已经换成10R～在用20R时情况还要糟很多。 上图是从3525的11、14脚上测到的波形～已经有点变形。 今天花了一天的时间～重新画了一块带图腾柱输出的DC-DC驱动板～但过年了～没有地方能打样了～郁闷啊～哈哈～过年了～什么都停了～厂停了～快递停了～所以～我很不喜欢过年: 过完年了～这里老寿祝大家新年快乐～万事如意:带图腾柱输出的DC-DC驱动板的PCB终于来了～今天装了一块进行试机。 因为加了图腾柱输出～所以2907欠激的情况大为改善～但空载电流却比用190N08时要大很多～不去管它了～继续实验下去。 下面的是2907和190N80的工作情况对比 下图是用2907时的空载波形: 下图是用2907时～前级输出1100W时的波形照片: 从上图可以看出～空载和满载时的波形差不多。 现在有二个问题弄不明白～请各位探讨: 1.在变压器相同的前提下～用不同的功率管～D极的波形为什么会大不相同～用190N08时的尖峰要明显比用2907时要小～是不是结电容大小不同引起的, 2.用双变压器的前级～用2907时的空载电流接近1A～而用190N08时不到400MA～是什么原因,小功率时～190N08的效率比2907要高～但在最大功率时～2907稍有优势。但发热量～2907比190N08要小一些。 下图是今天刚装好的SPWM驱动板～经测试工作正常。 今天把SPWM驱动板插上去了～一开机～保护电路竟然误动作～蜂鸣器嘟嘟做响～后来请教了张工后～改了几个元件的数值～问题就解决了。 开机成功了,这次居然没有炸管子,～正弦波波形良好～我用了二个200W一个150W的灯泡做负载～电参仪上显示输出功率为617W～算了一下～这时的效率大约 在91.5-92%左右,因为空载电流稍大～有点影响效率～可惜,。 本来准备明天继续加大负载到1000W左右～可是发现了一个问题～稳压部分不工作～调电位器没有反应～一查～发现是那个漂亮的取样变压器竟然没有输出～郁闷啊～因为要换变压器～就必须把整机全部拆下来～二个小时还不一定弄得好～烦啊: 下面是几张照片: 上图是整机工作时的情形 上图是装配完成的整机样子 上图是输出波形～真的很漂亮～看来TDS2285精度不错。 今天是学雷锋的日子～我的1KW逆变器也进入了尾声阶段。先花了近二个小时检查不稳压的原因～终于查到问题的症结～是一个PCB毛剌把取样变压器的次级接地了～可能是0.6W的变压器阻抗实在太大了～居然没有烧掉。对PCB做了处理后～开机稳压功能就正常了～把空载输出调到230V左右～一切OK: 下午去买了几个灯泡～慢慢加大了负载～直加到1000W以上～连续工作了30分钟～除了高频变压器有点热～其它一切正常,散热板下面放了一个小风扇,。 在1039W输出时～效率大约为90%--90.5%～从变压器发热情况看～我这台机器的效率瓶颈应该在变压器或变压器磁芯～如果有质量好的变压器～效率还可以提高些。 电参数仪显示1035W～在1035-1039之间跳动。 这是1000多W输出时的波形～还是非常漂亮: 1.我对前级DC-DC升压部分进行了调整～调R12使HV高压空载时限止在370V～ 这时～空载电流从近1A下降到160mA～加上SPWM驱动板的140mA～总共300mA。 2.试带了感性负载～手边只有一个600W的角向磨光机～试带了一下～发现波形和带灯泡时一样～没有出现变形毛刺等。 现在正在想:哪里有100升左右的冰箱～试试能不能启动。 今天在朋友的厂里～试了逆变器的负载能力: 1.先启动一个100升的小冰箱～没有问题～二话没说～一下子就启动起来了----成功: 2.接着试启动一支1000W的小太阳～冷阻很低的～一上电～闪了一下～我认为不行了～谁知一闪过后～竟然成功点亮了～哈哈～还不错。 3.又接上一个大功率的冲击电钻～启动很顺利～而且冲击时力量很足。 4.最后～朋友从仓库里拖出一台小型空气压缩机～不知是多少功率～一插上去～逆变器翁的叫了一下～没有启动～可能是功率太大了～相当于短路～高压保险丝烧掉了～但逆变器没有坏。