1kw純正弦波逆變電源原理圖和PCB圖設(shè)計(jì)

這個(gè)機(jī)器，BT是12V,也可以是24V，12V時(shí)我的目標(biāo)是800W，力爭(zhēng)1000W，整體結(jié)構(gòu)是學(xué)習(xí)了鐘工的3000W機(jī)器，也是下面一個(gè)大散熱板，上面是一塊和散熱板一樣大小的功率主板，長(zhǎng)228MM，寬140MM。升壓部分的4個(gè)功率管，H橋的4個(gè)功率管及4個(gè)TO220封裝的快速二極管直接擰在散熱板;DC-DC升壓電路的驅(qū)動(dòng)板和SPWM的驅(qū)動(dòng)板直插在功率主板上。

　　因?yàn)殡娏鬏^大，所以用了三對(duì)6平方的軟線直接焊在功率板上：

　　吸取了以前的教訓(xùn)：以前因?yàn)镻CB設(shè)計(jì)得不好，打了很多樣，花了很多冤枉錢，常常是PCB打樣回來(lái)了，裝了一片就發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題，其它的板子就這樣廢棄了。所以這次畫PCB時(shí)，我充分考慮到板子的靈活性，盡可能一板多用，這樣可以省下不少錢，哈哈。

　　如上圖：在板子上預(yù)留了一個(gè)儲(chǔ)能電感的位置，一般情況用準(zhǔn)開(kāi)環(huán)，不裝儲(chǔ)能電感，就直接搭通，如果要用閉環(huán)穩(wěn)壓，就可以在這個(gè)位置裝一個(gè)EC35的電感。

　　上圖紅色的東西，是一個(gè)0.6W的取樣變壓器，如果用差分取樣，這個(gè)位置可以裝二個(gè)200K的降壓電阻，取樣變壓器的左邊，一個(gè)小變壓器樣子的是預(yù)留的電流互感器的位置，這次因?yàn)椴挥秒娏鞣答仯詻](méi)有裝互感器，PCB下面直接搭通。

　　上面是SPWM驅(qū)動(dòng)板的接口，4個(gè)圓孔下面是裝H橋的4個(gè)大功率管，那個(gè)白色的東西是0.1R電流取樣電阻。二個(gè)直徑40的鐵硅鋁磁繞的濾波電感，是用1.18的線每個(gè)繞90圈，電感量約1MH，磁環(huán)初始導(dǎo)磁率為90。

　　上圖是DC-DC升壓電路的驅(qū)動(dòng)板，用的是KA3525。這次共裝了二板這樣的板，一塊頻率是27K，用于普通變壓器驅(qū)動(dòng)，還有一塊是16K，想試試非晶磁環(huán)做變壓器效果。 [!--empirenews.page--]

　　這是SPWM驅(qū)動(dòng)板的PCB，本方案用的是張工提供的單片機(jī)SPWM芯片TDS2285，輸出部分還是用250光藕進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，因?yàn)檫@樣比較可靠。也是為了可靠起見(jiàn)，這次二個(gè)上管沒(méi)有用自舉供電，而是老老實(shí)實(shí)地用了三組隔離電源對(duì)光藕進(jìn)行供電。因?yàn)樯厦娴男∽儔浩髟诖驑?，還沒(méi)有回來(lái)，所以這塊板子還沒(méi)有裝好。本方案中的SPWM驅(qū)動(dòng)也是靈活的，既可以用單片機(jī)，也可以用純硬件，只要驅(qū)動(dòng)板的接口設(shè)計(jì)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變器。

　　這次DC-DC功率部分的大管子，沒(méi)有用2907，而是用了深圳黃工向我推薦的RU190N08(黃工QQ541168979)，上圖中的電流應(yīng)該是190A，錯(cuò)打了180A。因?yàn)檫@管子比2907稍便宜點(diǎn)，所以我準(zhǔn)備試一試。

　　H橋部分的大功率管，我有二種選擇，一種是常用的IRFP460，還有一種是IGBT管40N60，顯然這二種管子不是同一個(gè)檔次的，40N60要貴得多，但我的感覺(jué)，40N60的確要可靠得多，貴是有貴的道理，但壓降可能要稍大一點(diǎn)。

　　這是TO220封裝的快恢復(fù)二極管，15A 1200V，也是張工提供的，價(jià)格不貴。我覺(jué)得它安裝在散熱板上，散熱效果肯定比普通塑封管要強(qiáng)。

　　這次的變壓器用的是二個(gè)EC49磁芯繞制的，每個(gè)功率500W，余量應(yīng)該比較大的，初級(jí)并聯(lián)，次級(jí)串聯(lián)。用二個(gè)變壓器的理由是：1，有利于功率的輸出，2.變比小了，可能頭痛的尖峰問(wèn)題會(huì)少一些。

　　對(duì)前級(jí)進(jìn)行上電，空載電流近1A，查到是變壓器的原因，后來(lái)?yè)Q了磁芯，空載降到360MA(每個(gè)變壓器180MH，基本可以接受)，可見(jiàn)磁芯的重要性，而現(xiàn)在要買到幾付好的磁性實(shí)在太難了。所幸的是D極波形很好，這次的變壓器應(yīng)該做得還可以了，參數(shù)是：初級(jí)3+3，用0.2*29的銅帶，次級(jí)44T，用0.74線二根。下一步準(zhǔn)備為前級(jí)加載，因?yàn)橐慌_(tái)逆變器，能不能輸出預(yù)定的功率，前級(jí)質(zhì)量是決定因素。只因那個(gè)大功率的開(kāi)關(guān)電源還有一點(diǎn)小問(wèn)題要解決，所以，加載可能還要過(guò)幾天。 [!--empirenews.page--]

　　這照片上的穩(wěn)壓電源上顯示電流為450MA，因?yàn)椴⒉皇峭耆蛰d，我在高壓處掛了一個(gè)LED，用150K2W電阻降壓，這個(gè)指示電路要消耗近1W功率，約增加90MA的電流。

　　對(duì)前級(jí)進(jìn)行加載實(shí)驗(yàn)，前級(jí)為開(kāi)環(huán)，也沒(méi)有裝儲(chǔ)能電感，分二步：

　　第一步：加載約630W，負(fù)載是一個(gè)200R、1KW的大電阻，這時(shí)工作電流為54.5A。連續(xù)工作一小時(shí)，散熱板和190N08大功率管及變壓器只有微溫，D極波形還比較好，尖峰剛露，不明顯，這時(shí)母線高壓為356V。

　　第二步：進(jìn)一步加大負(fù)載，又掛上了二個(gè)串聯(lián)的200W燈泡，這時(shí)工作電流77.9A左右，此時(shí)，實(shí)際輸出功率在900W以上了，母線高壓降至347V，D極波形有一路能看到明顯的上沖尖峰。工作半小時(shí)，散熱板溫度為45度， 4個(gè)190N08管殼溫度：3個(gè)為46度，有一個(gè)為51度，變壓器也有點(diǎn)熱。但快速二極管一點(diǎn)也不熱。

　　如果要逆變輸出1000W，前級(jí)起碼要能輸出1100W左右，從今天情況來(lái)看，溫升好象快了些，溫度主要集中在大功率MOS管和變壓器。因?yàn)檫@樣的結(jié)構(gòu)，換管子很麻煩，本來(lái)想把190N08換成2907，做一個(gè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)。變壓器熱，我還是認(rèn)為磁芯質(zhì)量不過(guò)關(guān)，因?yàn)樵?00W時(shí)，每個(gè)變壓器單邊繞組的電流不到20A，我用的是0.2X29MM的銅帶，有5.8個(gè)平方MM，電流密度只有3A多一些，初級(jí)繞組是不應(yīng)該發(fā)熱的;次級(jí)有0.74X2，900W時(shí)流過(guò)的電流不到3A，也不應(yīng)該熱?？磥?lái)磁芯實(shí)在太重要了。

　　明天準(zhǔn)備用風(fēng)機(jī)對(duì)散熱板進(jìn)行主動(dòng)性散熱，加載到1050W以上。

　　繼續(xù)加大負(fù)載，再用二個(gè)150W燈泡串聯(lián)接上去，因?yàn)榭紤]到大電流時(shí)線路的壓降，把電源電壓調(diào)高了0.2V，為12.4V，但到線路板還是只有12.1V(我的電源線是用二根10平方并聯(lián)的)。開(kāi)機(jī)后，工作電流達(dá)到98.7A，母線電壓為345V，母線電流為3.151A，此時(shí)，實(shí)際輸出功率為1087W。D極波形上的尖峰有點(diǎn)加高，達(dá)到45Vpp(因?yàn)槲以谠O(shè)計(jì)PCB時(shí)，沒(méi)有考慮用吸收回路，再加上尖峰也沒(méi)有達(dá)到管子的耐壓值，所以也就不去理它了)。此時(shí)，功耗達(dá)到了1194W，前級(jí)的實(shí)際效率只有91%了。變壓器溫升很明顯了，因?yàn)槲以谏岚逑旅娣帕艘粋€(gè)小風(fēng)扇，所以，管子的溫度一直在40度以下，我只讓它工作了約20分種。

　　小結(jié)：前級(jí)的實(shí)驗(yàn)并沒(méi)有結(jié)束，我還想用納米晶磁環(huán)做一次實(shí)驗(yàn)，但年內(nèi)肯定是沒(méi)有時(shí)間了，過(guò)了年再試了?？磥?lái)BT在12V時(shí)，要提高功率和效率，瓶頸主要是：1.變壓器，包括磁芯質(zhì)量，繞制數(shù)據(jù)及工藝等;2.大功率MOS管，內(nèi)阻一定要小;3.布線及結(jié)構(gòu)，我PCB反面大電流路徑都有15-20MM寬的銅箔，填錫達(dá)2MM，還加焊了幾根4平方的銅線，結(jié)構(gòu)方面主要是散熱一定要順暢，加小風(fēng)扇是很好的辦法。

　　今天的工作本來(lái)想把RU190N08和2907做一個(gè)對(duì)比測(cè)試，測(cè)試這二種管子在不同輸出功率時(shí)的效率情況，于是，先調(diào)整了各種測(cè)試儀表，先把已經(jīng)裝在板子上的RU190N08做了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如下，看來(lái)黃工的這幾個(gè)管子還是算掙氣，一路測(cè)下來(lái)，效率情況良好。

　　接下來(lái)就是花了一個(gè)多小時(shí)換管子，裝上了4個(gè)全新的IRFP2907，本是興沖沖開(kāi)機(jī)，希望是一個(gè)很好的結(jié)果，但萬(wàn)萬(wàn)沒(méi)有想到的是------失敗!

　　在掛上1號(hào)負(fù)載時(shí)(二個(gè)150W燈泡串聯(lián))，工作電流達(dá)41.5A，輸入功率達(dá)523.3W，輸出功率為283.4W，效率僅為：54%。這可是做夢(mèng)都沒(méi)有想到的結(jié)果，2907管子很快發(fā)熱。 [!--empirenews.page--]在百思不解的情況下，查看D極波形，居然出現(xiàn)了長(zhǎng)長(zhǎng)的尖峰：

　　一般情況下，出現(xiàn)這樣的波形，肯定是懷疑變壓器漏感太大，但我這二個(gè)變壓器在用RU190N08時(shí)，工作得很好，在掛1號(hào)負(fù)載時(shí)，根本看不到尖峰。

　　我再測(cè)G極波形，發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)方波全部變成了梯形波，這才恍然大悟，原來(lái)是2907的驅(qū)動(dòng)功率不足所致?？磥?lái)2907的結(jié)電容遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于RU190N08，用3525直接推動(dòng)4個(gè)2907有點(diǎn)困難。為了證實(shí)我的想法，我把柵極電阻從原先的20R換成了10R，再開(kāi)機(jī)，這時(shí)，在同樣負(fù)載下，電流下降為28.3A(用RU190N08時(shí)只有21.9A)，欠激是肯定的了，因?yàn)槲业尿?qū)動(dòng)板上沒(méi)有裝圖騰柱輸出，現(xiàn)在只好等重新做了驅(qū)動(dòng)板再試了。

　　(驅(qū)動(dòng)功率不足，D極會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)長(zhǎng)的尖峰，這可是第一次遇到，長(zhǎng)見(jiàn)識(shí)了啊!)

　　上圖是柵極波形，這時(shí)電阻已經(jīng)換成10R，在用20R時(shí)情況還要糟很多。

　　上圖是從3525的11、14腳上測(cè)到的波形，已經(jīng)有點(diǎn)變形。

　　畫了一塊帶圖騰柱輸出的DC-DC驅(qū)動(dòng)板

　　帶圖騰柱輸出的DC-DC驅(qū)動(dòng)板的PCB終于來(lái)了，今天裝了一塊進(jìn)行試機(jī)。

　　因?yàn)榧恿藞D騰柱輸出，所以2907欠激的情況大為改善，但空載電流卻比用190N08時(shí)要大很多，不去管它了，繼續(xù)實(shí)驗(yàn)下去。

　　下面的表格是2907和190N80的工作情況對(duì)比

　　下圖是用2907時(shí)的空載波形：

　　下圖是用2907時(shí)，前級(jí)輸出1100W時(shí)的波形照片：

　　從上圖可以看出，空載和滿載時(shí)的波形差不多。