600W正弦逆变器原理说明

原理说明

—— 600W正弦逆变器

该逆变器分为三大部分,分别为“DC-DC驱动板”;“功率主板”;“SPWM驱动板”。

保护电路没有制作,但是以上三部分组合,能安全实现正弦逆变的效果。

逆变器的基本结构框图如下:

输入的是直流电压12V,经过逆变器,转化为交流电220V,50Hz。

下面对三部分电路进行简要的分析。

一、DC-DC升压板

元器件比较少,容易实现。主要元器件有:芯片SG3525、继电器,8050(NPN)8550(PNP)

原理图如下:

DC-DC升压驱动板,采用的是很常见的线路,用一片SG3525实现PWM的输出,驱动RU190N08,因为这DC-DC驱动板, 与1000W机上的接口是通用的,所以有双组输出,该机上只用了一组。板上有二个小按钮开关,S1,S2。S1是开机的,S2是关机的,可以控制逆变器的启动和停机。

这驱动板,是用J3,J4接口和功率板相连的。

其中J3的1口为限压反馈输入端。接功率主板变压器输出的采样电压。

驱动板上有继电器。实现小电压启动S1,继电器自锁,使逆变器工作,按停止按钮S2则继电器断电,切断电路。实现安全控制逆变器。

对该电路板的SG3525的分析:

SG3525上的各引脚功能:(SG3525电流控制型PWM控制)

16.Vref(引脚16):基准电源输出端2引脚与16引脚连接

13.Vc(引脚13):输出级偏置电压接入端。15.Vcc(引脚15):偏置电源接入端。

1引脚:误差放大器反向输入端 在开环系统中,该端与补偿信号输入端(引脚9)相连,可构成跟随器。输出电压的采样电压则加在误差放大器的反相输入端1上。(之间有电阻,构成反相放大器)

5.CT(引脚5):振荡器定时电容接入端。

6.RT(引脚6):振荡器定时电阻接入端。

7.Discharge(引脚7):振荡器放电端。该端与引脚5之间外接一只放电电阻,构成放电回路。在CT引脚和Discharge引脚之间加入一个电阻就可以实现对死区时间的调节功能。

8.Soft-Start(引脚8):软启动电容接入端。该端通常接一只5 的软启动电容。

只有软启动电容充电至其上的电压使引脚8处于高电平时, SG3525才开始工作。
10.Shutdown(引脚10):外部关断信号输入端。该端接高电平时控制器输出被禁止。该端可与保护电路相连,以实现故障保护。10引脚不能悬空,应通过接地电阻可靠接地,以防止外部干扰信号耦合而影响SG3525的正常工作。

外接关断信号对输出级和软启动电路都起作用。当 Shutdown(引脚10)上的信号为高电平时,PWM琐存器将立即动作,禁止SG3525的输出,同时,软启动电容将开始放电。如果该高电平持续,软启动电容将充分放电,直到关断信号结束,才重新进入软启动过程。

11引脚和14引脚是两路互补输出端,输出方波,28Hz。

当SG3525输入电压低于8V时,控制器内部电路锁定,除基准电源和一些必要电路之外的所有电路停止工作,此时控制器消耗的电流极小。

经过SG3525信号的处理:

(DC-DC部份把频率调28K  经桥逆变送变压器  后变压器高压输出让SPWM调制成50HZ  220V 输出 )

J3的 3 、4 口为600W逆变器PWM的输出,28K的频率。

J4的1、2口并不连接  所以 其中R24  R19可不接。

DC-DC与功率主板连接,J3的3、4口成为输入信号,构成推挽电路。

二、功率主板

该板主要元器件有:EE55型主变压器、熔断管FUSE、RU190N08、功率管IRFP460,、快速二极管RHRP8120、大电容、较大功率电阻、自制电感线圈。

功率主板包括了DC-DC推挽升压和H桥逆变两大部分。

该机的BT电压为12V,满功率时,前级工作电流可以达到55A以上,DC-DC升压部分用了一对190N08,一对就就可以输出600W。

推挽电路由DC-DC升压板提供的输出,以推挽方式各负责正负半周的波形放大任务,电路工作时,两只对称的功率开关管每次只有一个导通,所以导通损耗小效率高。

前级推挽部分的供电采用对称平衡方式,这样做有二个好处,一是可以保证大电流时的二个功率管工作状态的对称性,保证不会出现单边发热现象;二是可以减少PCB反面堆锡层的电流密度,当然,也可以大大减小因为电流不平衡引起的干扰。

   H桥部分用的是4个IRFP460,耐压500V,最大电流20A,也可以用性能差不多的管子代替,用内阻小的管子可以提高整机的逆变效率。H桥部分的电路采用的常规电路。

高压整流快速二极管,用的是TO220封装的RHRP8120,这种管子可靠性很好。

高压滤波电容是470uf/450V的,在可能的情况下,尽可能用的容量大一些,对改善高压部分的负载特性和减少干扰都有好处。

功率主板原理图: (该图是我自己由PCB重新画的原理图)

(上图包含未制作的保护板模块,由于不用到保护模块,所以少了互感器等元件)

功率板的J3 的1口是采样从变压器出来的电压,经电阻分压连接SG3525的反相输入端1引脚。

四个IRFP460组成H桥逆变电路,J1接SPWM芯片,由2 、7 、13、18口提供IRFP460的门极控制信号。

J1的23、24口分别接最终交流输出,经电阻分压,采样并把信号传递给SPWM板,输入TDS2285芯片的10引脚(交流电压稳压反馈输入,参考VFB电压为2.45V 最大调整为+-30%以上)。

FUSE为主电路的保险管,如果电流超过2A,将熔断。

 上图中的C14,是一个CBB电容,224/630V(我们元器件只买了104/630的)是跨接在H桥的正极和负极之间的,主要作用是滤除高压母线上的各种干扰及毛刺,这个电容不能省,有资料说,省了电容,会烧一个H桥的MOS管。


图:(SG3525输出部分)

上图的R10  R11  R12,C15  C16  C17是DC-DC升压电路的吸收回路,但因为本机前级用的是准开环,如果变压器漏感不大,这六个元件可以不装。

由于前级因为电流很大,所以PCB的反面有6MM宽的留锡层,在装好全部元件后,在PCB引出线孔中插入4根6平方的电线(最好二红二绿,便于区别正负),再在反面留锡层上,用100W左右的烙铁进行堆锡,一般要堆到1MM厚才可以。

由于购买元器件原因:关于R2为 150K/2W,采用八个1.2M的电阻并联而成

前级低压电解和后级高压电解,最好能买到高频低阻的。

对于自制电感线圈:AC输出滤波磁环磁环,是采用直径40MM的铁硅铝磁环,用1.18的线,线长约4.5米。绕制的时候每一圈都要紧密,小心不要刮破铜线绝缘层。这两个电感跟C9电容,是能否输出漂亮的正弦波的关键。

正弦波的产生:

如右图,变压器的电流流经H桥。组成单相桥式电流型逆变电路。

电容C和L、R构成并联谐振电路。故也称并联谐振式逆变电路。

因为是电流型逆变电路,故其交流输出电流波形接近矩形波。

其中包含基波和各奇次谐波,且谐波幅值远小于基波。

因基波频率接近负载电路谐振频率,故负载电路对基波呈现高阻抗,

而对谐波呈现低阻抗,谐波在负载电路上产生的压降很小,

因此负载电压的波形接近正弦波。

功率主板,如果元件是好的,一般不用单独调试。若电感发生啸叫,那是因为饱和。

三、SPWM驱动板

   SPWM的核心部分采用TDS2285单片机芯片。MM74HC00 和 MM74HC04组成时序和死区电路。末级输出用了4个光藕250(TPL250),H桥的二个上管用了自举式供电方式,这样做的目的是简化电路,可以不用隔离电源。78L05和78L15提供电压。MC34063升压。晶振为16M。

因为BT电压会在10-15V之间变化,为了可靠驱动H桥,TPL250的图腾输出级工作电压一定要在12-15之间,不能低于12V,否则可能使H桥功率管触发失败。所以,这里用了一个MC34063(U9),把BT电压升至15V。

整个SPWM驱动板,通过J1,J2插口和功率板接通,各插针说明如下:

J1:

1P为TDS2285输出至前级3525第10P的保护信号连接端,一旦保护电路启动,2285的12P输出高电平,通过该接口插针到前级3525的10P,关闭前级输出。
  6P-7P-8P为地GND。

  9P接保护电路的输出端,用于关闭后级SPWM输出。
 10P-11P接BT电源。

  J2:

   2P-4P; 7P-9P; 13P-15P; 18P-20P 分别为H桥4个功率管的驱动引脚。

   23P-24P为交流稳压取样电压的输入端。

下面是SPWM驱动板的电原理图:

通过J1的23、24口将功率板的采样电压,输入芯片TDS2285的交流电压稳压反馈输入10引脚。进行反馈。

由TDS2285的6、8引脚输出脉冲,先经过7404非门,再经过7400与非门,再通过光耦250隔离输入到H桥,控制功率管。

后级的SPWM驱动电源是用了MC34063升压后降压的方法来保证当输入电原电压过低时,驱动电源电压仍能保持15V.  前级的供电也可以接在15V的地方的。

78L05是固定电压(5V)三端集成稳压器,78L15是固定电压(12V)三端集成稳压器。通过78L05提供5V的稳定电压给TDS2285,芯片才会正常工作。

关于指示灯。当正常工作灯亮,蓄电池电压输入出现过压或低压时,指示灯每个一秒闪动一次。当输出交流过流或者短路时,每隔0.5秒闪动一次。并会产生报警。

RC计算延迟时间

必须有死区,才能避免同一支路的晶体管同时导通,出现短路。

MC34063用于升压变换器、降压变换器、反向器的控制核心,由它构成的DC/DC变换器仅用少量的外部元器件。

MC34063其中有BOOST电路 升压为19V

 3引脚是定时电容

这里用了一个MC34063(U9),

把BT电压升至15V

芯片内部电路如右图:

开关管导通与关断的频率称为芯片的工作频率。

只要此频率相对负载的时间常数足够高,负载上便可获得连续的直流电压。

MC34063与78L15 组合 生成15V电压。

对芯片TDS2285进行分析:

TDS2285为纯正弦波逆变控制芯片,采用5V电源供电 SPWM输出引脚上连续20mA的负载能力,蓄电池供电电压检测,工作状态指示输出。当输入或输出发生过压欠压过流短路等情况,芯片会通过9引脚时蜂鸣器报警。

1引脚:(电源供电正常检测+5V有效)    4引脚: 必须接稳定的5V电压

6和8引脚为: SPWM输出 (10Bit的SPWM脉冲)   

13引脚:蓄电池电压取样检测 (该脚VBAT电压超过1.35V和低于0.9V时 逆变停止 并转入过压或欠压故障状态 通过外接在蓄电池上分压电阻实现)

9接的是蜂鸣器 (当蓄电池电压输入出现过压或低压时 每隔1秒报警1次 当输出交流过流或短路时 每隔0.5秒报警1次)

10引脚:交流电压稳压反馈输入(参考VFB电压为2.45V 最大调整为+-30%以上)

12引脚: 前级升压电路关闭控制输出(用来控制前级电路 当逆变发生故障时 DCC输出高电平 用来控制关闭前级 实现前后级一起关闭)

11引脚:硬件关断SPWM端口(低电平有效,若8050的基级有高电平输入,则8050将芯片的11引脚电压拉低)(连接保护插口,若有保护电路则可控制SPWM的工作)

装好板子后,按下图接上12V电源,总电流应该在120-130MA左右。

J1的 10 11口 接+12V电源  6 7 8口接地。

J2的23 24口 接的是功率主板的电源输出,为交流稳压取样电压的输入端。

测C22二端应该在19V左右,C23二端为15V,说明升压电路部分基本正常。

这时,就可以用示波器在SPWM输出端测到SPWM波形,见上图右边的引出脚。(注意:因为二个上管是自举供电的,所以,在没有接H桥的情况下,只能测到二个下管的SPWM波形,二个上管的波形暂时测不到的,这是正常的)。

该板要注意与TDS2285的13引脚连接的电阻R2分压。

保持好第13引脚(VBAT)上的电压在0.9V-1.3V范围内,

就可以保证低压和过压保护不起作用,

芯片就不会进入过、欠压保护状态内。

不然一旦连接联机,一开通就会发生警报。

为什么要使用 光耦250:

因为主电路电压均为高电压、大电流情况,而控制单元为弱电电路,所以它们之间必须采取光电隔离措施,以提高系统抗干扰措施,可采用带光电隔离的MOSFET驱动芯片TLP250。光耦TLP250是一种可直接驱动小功率MOSFET和IGBT的功率型光耦,由日本东芝公司生产,其最大驱动能力达1.5A。选用TLP250光耦既保证了功率驱动电路与PWM脉宽调制电路的可靠隔离,又具备了直接驱动MOSFET的能力,使驱动电路特别简单。

TPL250  光耦合器输入输出间互相隔离 电信号传输具有单向行等特, 因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件 因而具有很强的共模抑制能力 可提高信噪比

优点:信号单向传输、输入输出端完全实现电气隔离。输出信号对输入端无影响,抗干扰能力强工作稳定、无触点使用寿命长、传输效率高。

联机

在前后级都正常的情况下,可以把前后级联起来,完成整机调试。

联机后,让机器空载工作一段时间,如果没有出现意外,可以把高压保险丝换成2A的,慢慢加大负载,一般是100W,200W,400W,一步一步地加,每加一点让机器老化一段时间,同时要密切注意前级功率管的温升,如果温度过高,要查出原因。

逆变器

300W车载逆变器电路图

2022-11-23 17:12:17

逆变器

1500W逆变器主板电路图

2022-11-23 17:26:42

0 条回复 A文章作者 M管理员
    暂无讨论,说说你的看法吧
个人中心
购物车
优惠劵
今日签到
有新私信 私信列表
搜索