1kw纯正弦波逆变电源原理图与PCB图Word下载.docx
《1kw纯正弦波逆变电源原理图与PCB图Word下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《1kw纯正弦波逆变电源原理图与PCB图Word下载.docx(20页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
![1kw纯正弦波逆变电源原理图与PCB图Word下载.docx](https://file1.bdocx.com/fileroot1/2022-12/7/446637ad-9d17-4400-97ad-fd6fafdbcf1a/446637ad-9d17-4400-97ad-fd6fafdbcf1a1.gif)
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。
这是SPWM驱动板的PCB,本方案用的是工提供的单片机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,而是用了黄工向我推荐的RU190N08(黄工QQ541168979),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。
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,15A1200V,也是工提供的,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。
对前级进行上电,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。
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。
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。
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,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表,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。
画了一块带图腾柱输出的DC-DC驱动板
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。
下面的表格是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。
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!
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)。
下面是照片:
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!
今天做了二个工作:
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。
试逆变器的负载能力:
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。
下面是1000W机的电路方案,不一定成熟,尽供朋友们参考:
1.DC-DC升压部分电路:
用RU190N08功率管。
2.功率主板电路图:
3.SPWM驱动板,用工的TDS2285芯片: