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【DIY大赛】正激+60V/3000W推挽软开关正弦波逆变器制作调试过程
阅读: 4495 |  回复: 27 楼层直达

2018/11/10 01:02:55
1
FQCAD
电源币:29 | 积分:7 主题帖:1 | 回复帖:25
LV4
连长

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本人电子爱好者,一直以来对电子电路都有浓厚的兴趣,没有太理论基础,就是喜欢折腾。近期喜欢搞逆变器,看过一些前辈高手的帖子,学到了不少东西。做了一个还算比较满意的机器,现把制作过程分享一下。电路都是很常规的电路,都是参考的一些的前辈的,只是PCB布局花了比较多心思(自己不用会相关软件画原理图,只会用CAD画PCB的线框)。本人比较追求紧凑小巧的东西,所以我想做一个外形尽量小,效果也能达到要求机子。为了节约空间,外壳作为散热器,最后确定机子外壳尺寸200*150*68 PCB为160*130, 60V输入,3000W输出,由于体积小,散热是短板,长期满载工作温度稍高.以前做过硬开关,尖峰无法消除,始终觉得前级管子不安全,现在决定使用软开关消除流尖峰。

基本参数:

1.输入电压:52-75V

2.输出电压:220V 正弦波

3.输出功率:3000W 

4.空载电流:250MA

4.前级过、欠压,短路保护

5.后级冲击软压缩,过载和短路保护

主要元件:

前级:驱动SG3525+UCC27324 保护LM324+NE555,8只MOS管150V/7.2毫欧,双EE55变压器,初级并联,次级串联,推挽谐振软开关。

整流:4只R3060G2快恢复二极管 4只450V/330UF电容,大电容的储能有利于启动冲击性的负载,减轻前级MOS管负担,

后级:主控EG8010+驱动IR2113+保护LM393 单极性调制,

H桥:低频臂用MOS管 W45NM60 MOS管压降低,不易驱动,适合低频工作。高频臂用单管IGBT FGH60N60,有固定压降,但易驱动。  

滤波:双40铁硅铝磁环 电感2.5mh CBB4.7UF/630V

辅助电源:TOP225+EE19变压器  三路输出:15V+15V+8V 

组装完成的板

1组装完成的板

安装外壳后

2安装外壳

用CAD画的PCB图

3CAD 画的板

用CAD画的3D效果图

4一3D效果图

打样回来的PCB

5打样回来的PCB

焊接好贴片元件

埋铜堆锡

走电流的地方都加了铜线,尽量降低线路损耗

绕变压器,三明治方式绕制,初级6圈,次级19圈,双变压器初级并联,次级串联,总变压比:6:38

安装好前级元件

11装好前级

硬开关模式下通电测试正常,前级空载电流0.15A 功耗9.5W,可接受范围,MOS管DS波形比较理想

用两个1000W的热得快串联测试,功率大概为1300W,在硬开关下,MOS管DS波形已出现很高的尖峰,此时没任何吸收电路

DS尖峰已经超过150V,管子耐压是150V的,虽然此时没烧,但还是危在旦夕,所以必须用软开关方式,消除尖峰

由于PCB布局问题,谐振电容安装位置是串在两变压器之间的,应该效果是一样的。在变压器次级串入0.1欧的电阻,用作观察电流波形,

起初只串入电容,先加了0.33UF,电流波形是很窄的接近正弦波,DS尖峰是没有了,但顶部凹下去了,没有观察够一分钟,“嘭”的一声,前级滤波电容就爆掉了,

但此时波形依然还在,其他的都没坏,我又重新换了电容,临时焊在背面测试,重新通电,不够10秒,电容两个脚就烧红了,估计是电流波纹实在太大了,赶紧断电,加大谐振电容,通电发现在DS波形顶部没有那么凹了,电容脚不红了,但还是很烫,又加大谐振电容,谐振电容越大,电流波形周期越宽,并了4个0.33UF的时候,DS波形顶部比较平了,再继续加大谐振电容的话,尖峰又出现了,等于失去效果了。无论怎么调整电容值,电流正弦波波形始终向左歪,后来加上一个小电感,波形就正多了,但还是有点歪。经过调整频率和死区,使波形最理想。经试验,谐振后前级电容要承受非常大的电流波纹,需要采用高频低阻的电容,且容量要足够大,否则都会发热爆掉。

下面是带2500W时的电流波形,比较理想

下面带1300W时,DS波形,一点尖峰都没有了,效率还是比较高的,输入60.3*23.1=1392.93 输出373*3.67=1368.91 

1368.91/1392.93=98.2% 测量工具可能存在误差,实际可能没有那么高。调试过程中,前级MOS和整流管都是没装散热器的,工作了10分钟

MOS管只是微热,变压器有一点暖,整流管就比较烫了,最大的损耗就是整流管了

正面是带2500W的DS波形和变压器次级的电流波形,实际输入线压降有1V多,到逆变器端子的电压只有58.5V了

输入58.5*44.2=2585.7 输出361*6.93=2501.73 2501.73/2585.7=96.7% 

下图DS波形比较理想,电流波形毛刺变大,是因为没有差分探头,地线直接夹在一起引起干扰

调试完成前级,安装好谐振元件

绕好的铁硅铝磁环和共模电感

安装好全部元件

整机通电测试,正弦波出来了,整机空载电流0.22A,后级空载电流10MA左右,380A*10MA=3.8W,高频管空载有点微热,应该属正常现象

要做好外壳散热器,才能带载测试后级

雕刻加工铝外壳

加工好的铝板

安装

安装完成,有空再进行测试整性能

2018/11/10 09:47:33
2
weixiu123
电源币:1322 | 积分:1 主题帖:0 | 回复帖:276
LV5
营长
支持一下
2018/11/10 09:48:50
3
longwang
电源币:5970 | 积分:10 主题帖:5 | 回复帖:379
LV7
旅长
看的出楼主有点功底
2018/11/10 22:28:53
6
FQCAD
电源币:29 | 积分:7 主题帖:1 | 回复帖:25
LV4
连长
我其实就是瞎搞的,算是比较菜的了
2018/11/10 15:27:38
4
lihui710884923
电源币:444 | 积分:1 主题帖:139 | 回复帖:477
LV8
师长
可以测试一下实际的输出功率?
2018/11/10 22:24:02
5
FQCAD
电源币:29 | 积分:7 主题帖:1 | 回复帖:25
LV4
连长

没有专业电参数仪,买了一个家用的功率计,精度可能不高。带两个1000W热得快的波形,和两个热得快+一个1000W的电吹风的波形,

带2000W 和 2900W 的波形没有太大区别,波形顶部和底部比空载时多了点毛刺。输出电压没有明显下降,EG8010的稳压效果是相当可以的

带2900W时工作了10几分钟,H桥MOS的铝外壳温度达到50多度,而前级MOS管一边只是微暖,效率大概94-95%

下次找些感性负载来测试一下

2018/11/13 13:32:53
8
逆器电源[实习版主]
电源币:30 | 积分:23 主题帖:13 | 回复帖:132
LV6
团长
楼主有没有办法测一下大功率时的 输入电流波形
2018/11/14 22:24:11
9
FQCAD
电源币:29 | 积分:7 主题帖:1 | 回复帖:25
LV4
连长

 在输入线串了个0.05欧的电阻(两个5W无感0.1欧并联),输入电流为31A,测得电阻两端的波形。为了使波形更容易观察,特意串了比较大的电阻,大电流,电阻发热非常大。

下图是电流波形与DS波形的关系。电流探头是夹反的,所以电流波形是反相的,电流基本呈正弦波,波纹不是很大,0.05欧的电阻上只有50mV的波动。输入滤波电容用了两个4700UF

2018/11/15 00:11:50
10
qinzutaim[版主]
电源币:2969 | 积分:144 主题帖:38 | 回复帖:3706
LV11
统帅

楼主功夫很厉害啊!这CAD画PCB我只是听说过....


2018/11/15 13:08:27
11
FQCAD
电源币:29 | 积分:7 主题帖:1 | 回复帖:25
LV4
连长
版主过奖了,因为工作关系,做的是模具数控加工,都要用到CAD这样的软件制图,只是对CAD比较熟悉
2018/11/12 00:26:17
7
xuyunhu
电源币:19 | 积分:0 主题帖:1 | 回复帖:50
LV4
连长
牛逼
2018/11/15 15:08:46
12
空军通信兵
电源币:5 | 积分:9 主题帖:6 | 回复帖:302
LV8
师长
建议220V输出端加两级EMI滤波器,如果不加最好不要带电脑,液晶电视。
2018/11/15 22:02:02
15
桔子红了
电源币:2 | 积分:3 主题帖:1 | 回复帖:14
LV2
班长
我只加一个共模电感也可以带呀,不加二极有什么影响吗?
2018/11/15 23:38:08
16
FQCAD
电源币:29 | 积分:7 主题帖:1 | 回复帖:25
LV4
连长
电脑和液晶电视虽然属于整流负载,偏容性,但功率较小,影响应该不大,再加上它们本身的输入端都会有一个共模滤波电感。目前是带大功率时顶部底部出现毛刺,可能是后级SPWM滤波电感或电容参数不够合理
2018/11/19 20:40:09
20
空军通信兵
电源币:5 | 积分:9 主题帖:6 | 回复帖:302
LV8
师长
我在淘宝上买的1KW纯正玄波逆变器,给一体机电脑供电,直接烧毁液晶屏,电脑在保修期内。如果你手上有电子负载,最好看一下波形,EG8010左桥臂是23.4KHZ,右桥壁50HZ,可能220V输出端有23.4KHZ高频分量,加两级EMI滤波器会滤掉23.4KHZ信号。
2018/11/15 17:18:58
13
hyp307
电源币:0 | 积分:0 主题帖:0 | 回复帖:3
LV1
士兵
作者的动手能力很强,膜拜下。
2018/11/15 18:49:33
14
154545169qq
电源币:41 | 积分:4 主题帖:28 | 回复帖:177
LV7
旅长
高手在民间啊
2018/11/16 14:28:12
17
wfmyai
电源币:0 | 积分:3 主题帖:0 | 回复帖:1
LV1
士兵
这功底真是没得说!有没有打算出套件呢
2018/11/28 12:05:59
24
zwttt
电源币:5 | 积分:0 主题帖:3 | 回复帖:202
LV5
营长
如果出套件,我赞成!
2018/11/18 11:22:46
18
huhan0609
电源币:3032 | 积分:0 主题帖:16 | 回复帖:74
LV5
营长
看到大家都在应用这种软开关架构,我这边也做了一些对比测试,谈谈看法:这种次级串电容的目的是利用变压器漏感和电容形成串联谐振,如果要降低MOS关段尖峰,则需要工作频率需要小于谐振频率,工作点在谐振点以下,带来的好处是MOS管接近零电流关段,DS关段应力小,关段损耗小,但是也带来另一个问题,前级无功电流加大,MOS电流有效值增加,导通损耗增加,同时带来的另一个问题是前级电容纹波电流增大,导致电容发热严重,同时对电容要求更高。因此采用这种架构最大的优势是降低MOS电压应力,24V应用时,转换效率相比硬开关并不明显,24V以上应用时应该还是有优势的。
2018/11/18 16:57:19
19
hmy123456
电源币:11 | 积分:0 主题帖:9 | 回复帖:218
LV6
团长
看着手痒啊,也要搞几台玩玩
2018/11/28 12:02:05
23
zwttt
电源币:5 | 积分:0 主题帖:3 | 回复帖:202
LV5
营长

评点到位啊!

2018/11/26 23:56:19
21
electric405
电源币:0 | 积分:3 主题帖:0 | 回复帖:5
LV1
士兵
大神都这么低调嘛,想拜师学艺
2018/11/27 17:21:51
22
st.you
电源币:77 | 积分:25 主题帖:29 | 回复帖:1526
LV9
军长
不错啊
2018/11/28 18:08:55
25
zp1300811688
电源币:6 | 积分:6 主题帖:22 | 回复帖:41
LV4
连长
用CAD画PCB?太牛了
2018/12/06 11:56:13
26
水乡电源
电源币:29 | 积分:23 主题帖:9 | 回复帖:432
LV8
师长

这个机子排板排的够紧凑了,CAD画PCB,牛掰,

推挽还能软开关?软开关是ZVS吗?

2018/12/07 00:31:57
27
FQCAD
电源币:29 | 积分:7 主题帖:1 | 回复帖:25
LV4
连长
软开关应该算是ZVC吧,开关过程电流为0
2018/12/09 17:48:13
28
wangchunfu
电源币:0 | 积分:3 主题帖:2 | 回复帖:2
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士兵
 一直想做一个纯正玄波的,但是不会软件不是画图, 大神能不能发一份原理图
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