SG3525与TDS2285驱动的正弦波2000W逆变器-solarbe文库

资源描述：

这个机器， BT 是 12V, 也可以是 24V ， 12V 时我的目标是 800W ，力争 1000W ，整体结构是学习了钟工的 3000W 机器，也是下面一个大散热板，上面是一块和散热板一样大小的功率主板，长 228MM ，宽 140MM 。升压部分的 4 个功率管， H 桥的 4 个功率管及 4 个 TO220封装的快速二极管直接拧在散热板； DC-DC 升压电路的驱动板和 SPWM 的驱动板直插在功率主板上。因为电流较大，所以用了三对 6 平方的软线直接焊在功率板上 http//www.gzyoutong.com/http//www.gzyoutong.com/吸取了以前的教训以前因为 PCB 设计得不好，打了很多样，花了很多冤枉钱，常常是 PCB 打样回来了，装了一片就发现了问题，其它的板子就这样废弃了。所以这次画 PCB 时，我充分考虑到板子的灵活性，尽可能一板多用，这样可以省下不少钱，哈哈。http//www.gzyoutong.com/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 ，本方案用的是张工提供的单片机 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 ，而是用了深圳黄工向我推荐的 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， 15A 1200V ，也是张工提供的，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。这几天是马不停蹄地在做，因为年底，杂七杂八的事情总多一些，希望下个星期能上电试机。因为经常要在散热板上钻孔，还去买了一个小台钻。2010 年 2 月 3 日 http//www.gzyoutong.com/今天对前级进行上电，第一次没有成功，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 33 ，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 90M A 的电流。2010 年 2 月 6 日今天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 。http//www.gzyoutong.com/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。http//www.gzyoutong.com/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。2010 年 2 月 7 日今天又继续加大负载，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。http//www.gzyoutong.com/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，但年内肯定是没有时间了，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，内阻一定要小； 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。2010 年 2 月 9 日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。http//www.gzyoutong.com/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http//www.gzyoutong.com/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 http//www.gzyoutong.com/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。 http//www.gzyoutong.com/2010 年 2 月 11 日今天花了一天的时间，重新画了一块带图腾柱输出的 DC-DC 驱动板，但过年了，没有地方能打样了，郁闷啊，哈哈，过年了，什么都停了，厂停了，快递停了，所以，我很不喜欢过年2010 年 3 月 1 日 http//www.gzyoutong.com/过完年了，这里老寿祝大家新年快乐，万事如意带图腾柱输出的 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。http//www.gzyoutong.com/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 http//www.gzyoutong.com/下图是用 2907 时，前级输出 1100W 时的波形照片 http//www.gzyoutong.com/http//www.gzyoutong.com/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。2010 年 3 月 2 日下图是今天刚装好的 SPWM 驱动板，经测试工作正常。http//www.gzyoutong.com/2010 年 3 月 4 日今天把 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，后来请教了张工后，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，烦啊下面是几张照片上图是整机工作时的情形 http//www.gzyoutong.com/上图是装配完成的整机样子 http//www.gzyoutong.com/http//www.gzyoutong.com/上图是输出波形，真的很漂亮，看来张工的 TDS2285 精度不错。2010 年 3 月 5 日今天是学雷锋的日子，我的 1KW 逆变器也进入了尾声阶段。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。 http//www.gzyoutong.com/这是 1000 多 W 输出时的波形，还是非常漂亮2010 年 3 月 8 日今天是妇女的节日，首先对网上的全体美女致以节日的敬礼。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。2010 年 3 月 11 日今天在朋友的厂里，试了逆变器的负载能力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。DC-DC 驱动板电路图 http//www.gzyoutong.com/2. 功率主板电路图功率主板电路图 http//www.gzyoutong.com/3.SPWM 驱动板，用张工的 TDS2285 芯片