DIY:自制600W的正弦波逆变器全过程(附完整PCB资料)

  • Alax
  • LV6工程师
  • |      2014-03-21 16:23:09
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正弦波逆变器是我们业界常用的逆变器产品,如何设计制作一台实用性强、价廉物美的正弦波逆变器,一直是广大电子产品爱好者所关注的。最近,笔者花了近一个月的时间,制作了这台600W的正弦波逆变器,下面简单介绍下设计制作的全过程。

该600W的正弦波逆变器的主要特点:

SPWM的驱动核心采用了单片机SPWM芯片,TDS2285,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。

所有的PCB全部采用了单面板,便于制作,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,这样就不用麻烦PCB厂家,自已在家里就可以做出来,当然,主要的目的是省钱。

该机所有的元件及材料都可以在淘宝网上买到。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,包你制作成功,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。

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。

下面是样机的照片和工作波形:

DIY:自制600W的正弦波逆变器全过程(附完整PCB资料)

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冰山一角 2014-03-21
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Alax 2014-03-21
这图片太多了啊,呜呜,干脆直接贴吧
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Alax 2014-03-21

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。

DIY:自制600W的正弦波逆变器全过程(附完整PCB资料)

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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。

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冰山一角 2014-03-21
   感觉老牛逼了  洋哥 图片没有处理啊  
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Alax 2014-03-21

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。

DIY:自制600W的正弦波逆变器全过程(附完整PCB资料)

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。

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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。

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Alax 2014-03-21

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1000W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:

DC-DC驱动板原理图:

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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3000W上用的保护电路变化而来的。

保护电路:

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Alax 2014-03-21

一、600W正弦波逆变器电路原理:

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190N08,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470uf/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200X150MM,因为这部分的电路比较简单,所以,我没有画原理图,而是直接画了PCB图。

DIY:自制600W的正弦波逆变器全过程(附完整PCB资料)

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,大家可以自行查找相关资料。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。

23P-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:

SPWM驱动板原理图 :

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