全硬件纯正弦逆变器制作教程

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全硬件纯正弦逆变器制作教程 作者：科创论坛 尤小翠

注:此文章参考了部分电源网老寿老师和老矿石老师的研究成果

做一个纯正弦逆变器,这个想法9个月之前就有了.做个逆变器,高频的,效率高,体积小.前级肯定用SG3525或者TL494做的推挽升压,这没啥选择,关键是后级,它决定输出波形是方波还是正弦波. 输出正弦波的后级需要SPWM技术,肯定很多人的第一想法是使用单片机.的确,使用单片机的好处不少:SPWM波精度高,输出正弦波波形好,稳压精度高,方便加入电压指示功能等,单片机确实非常适合工业量产.但是对于咱们玩家,可不是这样了.单片机不是人人可以掌握的,即便掌握,像我这种只会做电子钟红外遥控之类的初级玩家也很难写出好的SPWM程序.因此,我考虑了全硬件方案.

一、高频前级（原理分析）

在HIFI界，有一句话说前级出声后级出力，同样在逆变界，有前级出功率后级出波形之说。一个好的前级是多么的重要，是确保足够功率输出的保证。

这就是前级电路图啦~

电路采用了光藕隔离反馈,工作在准闭环模式.轻载或者空载时,由于变压器漏感,输出可能超压,容易穿后级和电容.此时占空比减小输出降低,实测在空载时占空比很小很小,这大概是空载电流小的原因吧（空载电流神一般的~60mA~）

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当负载变大后,电路逐渐进入开环模式,以确保足够的电压和功率输出.

注：本图根据老矿石的作品修改

二、全硬件纯正弦后级（原理分析）

老寿老师很久之前就弄过全硬件了，他的方案有SG3525和lm393两种，前者简单，但是最大占空比低（母线电压利用率低），后者最大占空比理论上可以弄到100% （实际也很高）但是电路有点复杂，而且需要双电源供电。我把它们融合了一下，得到了自己的电路。

这是后级的框图

本电路优点:

1.电路极简单,可能为世界上最简单的分立SPWM电路

2.单电源宽电压供电(10V-30V)

3.输出最大占空比高,仿真时最大占空比已经接近100%.这将导致母线电压利用率高,母线电压340V就足够产生230V的工频正弦交流电.

4.隔离输出,受外围电路干扰少

本电路没有使用稳压反馈,故稳压功能全靠前级完成.前级一般由SG3525或者TL494组成,稳压功能不用可惜了.

看本图,由于使用了虚拟双电源,因此单电源供电即可,省略一个辅助电源变压器.

再看驱动板电路图(红圈里的内容是修改过的部分

):

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麻雀虽小,五脏俱全.

如图,LM7809将电池电压降为稳定的9V,这使得电路可以在宽电源(10V-30V)情况下工作,左上角红圈里的2N5551和2N5401等元件组成了虚拟双电源,将正9V变成正负4.5V的双电源.

NE555及周边元件组成频率约为20KHz的高线形度三角波振荡器,如图,在NE555的2和6脚可以得到在3V和6V之间运动的三角波.

IC1为LM324,IC1A及周边元件组成50Hz工频正弦振荡器,产生幅度4.5V的正弦波(对于产生的虚地),圈一电位器将这个正弦波幅度分压到3.5V.IC1B和IC1C及周边元件组成精密整流电路,将正弦波变成3V幅值的馒头波.这个馒头波要去和NE555的三角波比较,三角波和馒头波的幅值虽然向同,都是3V,但是这个馒头波的最低电位比三角波的高1.5V.因此,IC1D及周边元件组成减法电路,将馒头波整体下调1.5V,这样三角波和馒头波就可以比较了.LM393B进行比较工作,产生同相位的SPWM波,此波与LM393A组成的正弦波-方波转换器输出的同步方波送入CD4081等组成的编码电路进行编码,产生最终驱动功率管的SPWM信号.两个20K电阻和47P电容用于产生死区于高频臂.SPWM1和SPWM2用于驱动高频臂，50HZ1和50HZ2用于驱动工频臂。

本电路设计巧妙的地方之一就是虚地和实地的转换.LM393A之前电路是工作在虚地状态的,而LM393之后的电路却变成了实地.因为4.5V的交流(对于虚地)对于实地来说是个9V的脉冲.LM393B周边电路也是类似原理.

然后看H桥电路图（红圈里的内容是修改过的部分）

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后级是很普通的，没啥创新。下臂的IRFP460采用光藕直接驱动,上臂的IRFP460采用自举电容+光藕驱动.工作原理简述:当下臂导通时,高频桥的功率管的中点相当于接地,此时220uF的自举电容通过FR107和下臂管充电,当下臂管关断上臂导通时,220uF电容与地隔离,当TLP250内部三极管导通后,相当于给上臂管的GS之间施加一个电压,因此上臂管可以在与之对应TLP250的控制下导通和关断.

1mH电感和一个400V 1uF电容用来完成高频滤波的任务,把高频SPWM方波变成50Hz的正弦波.

三、整机组装和元件选择

整机可以分两块板做，一块是后级的SPWM板（控制板），推荐使用热转印法制作一个PCB，因为用万用板难度实在太大。另一块是前级和后级H桥（功率管），用一块大万用板做。SPWM板插在功率板上。

我的万用板布局（制作时摆出来的，仅供参考）：

这是实物：

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首先绕制变压器。变压器的绕法很讲究的，绕不好会导致漏感大炸前级功率管，乱绕更是做死……..变压器采用EE55磁芯和骨架，初级2+2，次级65，辅助绕组3。

绕制方法如下：

1. 在磁芯上绕27匝，也就是一层次级，用1mm的漆包线，然后用绝缘胶袋包好包紧。

2. 绕次级，用0.8mm的漆包线8根并绕，绕两个2匝，然后用胶带包上

示意图：

实物图：

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6. 绕下一层次级（27匝），然后用胶带包上 绕下剩下次级（11匝） 绕辅助绕组，然后用胶带包上 清洁磁芯的对接面然后插入磁芯，用胶带固定之

绕好之后要进行漏感测试，测试方法是短路高压绕组然后测初级电感即是漏感，如果漏感太大要重绕变压器，漏感不要超过2uH!

然后在万用板上搭建前级（前级那张电路图的全部）。前级的图腾柱三极管选用8050\8550或者D669\B649对管（我用后者），功率管为了避免过大损失，先俩

IRF3205

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做调试。后级的整流二极管选用耐压〉600V电流8A以上的快恢复二极管，我选用的型号是MUR1560T，此外还可以使用MUR860T、MUR8120等二极管，实在不行用HER607代替得了（输出功率受影响）。3525边上的电位器是调前级频率的，先调到9.8K，以后愿意可以微调以获得最佳效率。反馈那个电位器是调空载或者轻载时电压反馈的，调到3.16K，这样空载电压被限制在380V左右，对于电容和后级功率管安全的（当前后级联机后，后级的AC滤波部分会消耗一小部分功率，这个电压会被拉低，先不用考虑）。那个450V0.22uF的无极性电容不可不装，它的作用是滤去母线上的各种干扰信号，保障后级H桥可靠工作。和电池并联的那个10000uF（10mF）电容不可不装，否则不出功率。至于那个450V470uF电容先不用装，为了避免电击。

最后可以试机了，对于第一次试机的同志，简易串灯泡（12V20W），以避免损失。如果通电后灯泡一直亮，那说明短路啦，赶紧断电检查。如果灯泡只在通电瞬间亮一下，那说明基本没问题，可以直接接电瓶了，测试空载电流（小于100mA）母线电压（380V左右）和辅助电源电压（15V），如果都符合，那就进行加载测试。找个100W白炽灯，接在母线和后级地之间。通电，观察功率管的温度，如果升温过快严赶紧断电，找出原因，如果微热或者压根不 …… 此处隐藏：3737字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……