1kw純正弦波逆變電源原理圖和PCB圖設(shè)計

這個機器，BT是12V,也可以是24V，12V時我的目標是800W，力爭1000W，整體結(jié)構(gòu)是學(xué)習了鐘工的3000W機器，也是下面一個大散熱板，上面是一塊和散熱板一樣大小的功率主板，長228MM，寬140MM。升壓部分的4個功率管，H橋的4個功率管及4個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)動板和SPWM的驅(qū)動板直插在功率主板上。

　　因為電流較大，所以用了三對6平方的軟線直接焊在功率板上：

　　吸取了以前的教訓(xùn)：以前因為PCB設(shè)計得不好，打了很多樣，花了很多冤枉錢，常常是PCB打樣回來了，裝了一片就發(fā)現(xiàn)了問題，其它的板子就這樣廢棄了。所以這次畫PCB時，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)留了一個儲能電感的位置，一般情況用準開環(huán)，不裝儲能電感，就直接搭通，如果要用閉環(huán)穩(wěn)壓，就可以在這個位置裝一個EC35的電感。

　　上圖紅色的東西，是一個0.6W的取樣變壓器，如果用差分取樣，這個位置可以裝二個200K的降壓電阻，取樣變壓器的左邊，一個小變壓器樣子的是預(yù)留的電流互感器的位置，這次因為不用電流反饋，所以沒有裝互感器，PCB下面直接搭通。

　　上面是SPWM驅(qū)動板的接口，4個圓孔下面是裝H橋的4個大功率管，那個白色的東西是0.1R電流取樣電阻。二個直徑40的鐵硅鋁磁繞的濾波電感，是用1.18的線每個繞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，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)動板的PCB，本方案用的是張工提供的單片機SPWM芯片TDS2285，輸出部分還是用250光藕進行驅(qū)動，因為這樣比較可靠。也是為了可靠起見，這次二個上管沒有用自舉供電，而是老老實實地用了三組隔離電源對光藕進行供電。因為上面的小變壓器在打樣，還沒有回來，所以這塊板子還沒有裝好。本方案中的SPWM驅(qū)動也是靈活的，既可以用單片機，也可以用純硬件，只要驅(qū)動板的接口設(shè)計得一致，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，錯打了180A。因為這管子比2907稍便宜點，所以我準備試一試。

　　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檔次的，40N60要貴得多，但我的感覺，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。

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

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

　　對前級進行上電，空載電流近1A，查到是變壓器的原因，后來換了磁芯，空載降到360MA(每個變壓器180MH，基本可以接受)，可見磁芯的重要性，而現(xiàn)在要買到幾付好的磁性實在太難了。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3+3，用0.2*29的銅帶，次級44T，用0.74線二根。下一步準備為前級加載，因為一臺逆變器，能不能輸出預(yù)定的功率，前級質(zhì)量是決定因素。只因那個大功率的開關(guān)電源還有一點小問題要解決，所以，加載可能還要過幾天。 [!--empirenews.page--]

　　這照片上的穩(wěn)壓電源上顯示電流為450MA，因為并不是完全空載，我在高壓處掛了一個LED，用150K2W電阻降壓，這個指示電路要消耗近1W功率，約增加90MA的電流。

　　對前級進行加載實驗，前級為開環(huán)，也沒有裝儲能電感，分二步：

　　第一步：加載約630W，負載是一個200R、1KW的大電阻，這時工作電流為54.5A。連續(xù)工作一小時，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，這時母線高壓為356V。

　　第二步：進一步加大負載，又掛上了二個串聯(lián)的200W燈泡，這時工作電流77.9A左右，此時，實際輸出功率在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，散熱板溫度為45度， 4個190N08管殼溫度：3個為46度，有一個為51度，變壓器也有點熱。但快速二極管一點也不熱。

　　如果要逆變輸出1000W，前級起碼要能輸出1100W左右，從今天情況來看，溫升好象快了些，溫度主要集中在大功率MOS管和變壓器。因為這樣的結(jié)構(gòu)，換管子很麻煩，本來想把190N08換成2907，做一個對比實驗。變壓器熱，我還是認為磁芯質(zhì)量不過關(guān)，因為在900W時，每個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個平方MM，電流密度只有3A多一些，初級繞組是不應(yīng)該發(fā)熱的;次級有0.74X2，900W時流過的電流不到3A，也不應(yīng)該熱?？磥泶判緦嵲谔匾恕?/p>

　　明天準備用風機對散熱板進行主動性散熱，加載到1050W以上。

　　繼續(xù)加大負載，再用二個150W燈泡串聯(lián)接上去，因為考慮到大電流時線路的壓降，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)。開機后，工作電流達到98.7A，母線電壓為345V，母線電流為3.151A，此時，實際輸出功率為1087W。D極波形上的尖峰有點加高，達到45Vpp(因為我在設(shè)計PCB時，沒有考慮用吸收回路，再加上尖峰也沒有達到管子的耐壓值，所以也就不去理它了)。此時，功耗達到了1194W，前級的實際效率只有91%了。變壓器溫升很明顯了，因為我在散熱板下面放了一個小風扇，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)：前級的實驗并沒有結(jié)束，我還想用納米晶磁環(huán)做一次實驗，但年內(nèi)肯定是沒有時間了，過了年再試了?？磥鞡T在12V時，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，加小風扇是很好的辦法。

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

　　接下來就是花了一個多小時換管子，裝上了4個全新的IRFP2907，本是興沖沖開機，希望是一個很好的結(jié)果，但萬萬沒有想到的是------失敗!

　　在掛上1號負載時(二個150W燈泡串聯(lián))，工作電流達41.5A，輸入功率達523.3W，輸出功率為283.4W，效率僅為：54%。這可是做夢都沒有想到的結(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)了長長的尖峰：

　　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，但我這二個變壓器在用RU190N08時，工作得很好，在掛1號負載時，根本看不到尖峰。

　　我再測G極波形，發(fā)現(xiàn)驅(qū)動方波全部變成了梯形波，這才恍然大悟，原來是2907的驅(qū)動功率不足所致?？磥?907的結(jié)電容遠遠大于RU190N08，用3525直接推動4個2907有點困難。為了證實我的想法，我把柵極電阻從原先的20R換成了10R，再開機，這時，在同樣負載下，電流下降為28.3A(用RU190N08時只有21.9A)，欠激是肯定的了，因為我的驅(qū)動板上沒有裝圖騰柱輸出，現(xiàn)在只好等重新做了驅(qū)動板再試了。

　　(驅(qū)動功率不足，D極會出現(xiàn)長長的尖峰，這可是第一次遇到，長見識了啊!)

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

　　上圖是從3525的11、14腳上測到的波形，已經(jīng)有點變形。

　　畫了一塊帶圖騰柱輸出的DC-DC驅(qū)動板

　　帶圖騰柱輸出的DC-DC驅(qū)動板的PCB終于來了，今天裝了一塊進行試機。

　　因為加了圖騰柱輸出，所以2907欠激的情況大為改善，但空載電流卻比用190N08時要大很多，不去管它了，繼續(xù)實驗下去。

　　下面的表格是2907和190N80的工作情況對比

　　下圖是用2907時的空載波形：

　　下圖是用2907時，前級輸出1100W時的波形照片：

　　從上圖可以看出，空載和滿載時的波形差不多。