- 逆變器手工制作全過程
- SPWM的驅(qū)動(dòng)核心采用了單片機(jī)SPWM芯片
- 所有的PCB全部采用了單面板
- 功率有600W
制作600W的正弦波逆變器，
該機(jī)具有以下特點(diǎn)：
1.SPWM的驅(qū)動(dòng)核心采用了單片機(jī)SPWM芯片，TDS2285，所以，SPWM驅(qū)動(dòng)部分相對(duì)純硬件來講，比較簡單，制作完成后要調(diào)試的東西很少，所以，比較容易成功。
2.所有的PCB全部采用了單面板，便于大家制作，因?yàn)椋芏鄲酆谜叨紩?huì)自已做單面的PCB，有的用感光法，有點(diǎn)用熱轉(zhuǎn)印法，等等，這樣，就不用麻煩PCB廠家了，自已在家里就可以做出來，當(dāng)然，主要的目的是省錢，現(xiàn)在的PCB廠家太牛了，有點(diǎn)若不起（我是萬不得已才去找PCB廠家的）。
3.該機(jī)所有的元件及材料都可以在淘寶網(wǎng)上買到，有了網(wǎng)購真的很方便，快遞送到家，你要什么有什么。
如果PCB沒有做錯(cuò)，如果元器件沒有問題，如果你對(duì)逆變器有一定的基礎(chǔ)，我保證你制作成功，當(dāng)然，里面有很多東西要自已動(dòng)手做的，可以盡享自已動(dòng)手的樂趣。
4.功率只有600W，一般說來，功率小點(diǎn)容易成功，既可以做實(shí)驗(yàn)也有一定的實(shí)用性。
下面是樣機(jī)的照片和工作波形：
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一、電路原理：
該逆變器分為四大部分，每一部分做一塊PCB板。分別是“功率主板”；“SPWM驅(qū)動(dòng)板”；“DC-DC驅(qū)動(dòng)板”；“保護(hù)板”。
1.功率主板：
功率主板包括了DC-DC推挽升壓和H橋逆變兩大部分。該機(jī)的BT電壓為12V，滿功率時(shí)，前級(jí)工作電流可以達(dá)到55A以上，DC-DC升壓部分用了一對(duì)190N08，這種247封裝的牛管，只要散熱做到位，一對(duì)就可以輸出600W，也可以用IRFP2907Z，輸出能力差不多，價(jià)格也差不多。主變壓器用了EE55的磁芯，其實(shí)，就600W而言，用EE42也足夠了，我是為了繞制方便，加上EE55是現(xiàn)存有的，就用了EE55。關(guān)于主變壓器的繞制，下面再詳細(xì)介紹。
前級(jí)推挽部分的供電采用對(duì)稱平衡方式，這樣做有二個(gè)好處，一是可以保證大電流時(shí)的二個(gè)功率管工作狀態(tài)的對(duì)稱性，保證不會(huì)出現(xiàn)單邊發(fā)熱現(xiàn)象；二是可以減少PCB反面堆錫層的電流密度，當(dāng)然，也可以大大減小因?yàn)殡娏鞑黄胶庖鸬母蓴_。高壓整流快速二極管，用的是TO220封裝的RHRP8120，這種管子可靠性很好，我用的是二手管，才1元錢一個(gè)。高壓濾波電容是470uf/450V的，在可能的情況下，盡可能用的容量大一些，對(duì)改善高壓部分的負(fù)載特性和減少干擾都有好處。H橋部分用的是4個(gè)IRFP460，耐壓500V，最大電流20A，也可以用性能差不多的管子代替，用內(nèi)阻小的管子可以提高整機(jī)的逆變效率。H橋部分的電路采用的常規(guī)電路。
下面是功率主板的PCB截圖，長寬為200X150MM，因?yàn)椋@部分的電路比較簡單，所以，我沒有畫原理圖，是直接畫了PCB圖的。該板布板時(shí)，曾得到好友的提示幫助，特在此表示感謝。
2.SPWM驅(qū)動(dòng)板
和我的1KW機(jī)器一樣，SPWM的核心部分采用了張工的TDS2285單片機(jī)芯片。關(guān)于該芯片的詳細(xì)介紹，這里不詳說了。U3,U4組成時(shí)序和死區(qū)電路，末級(jí)輸出用了4個(gè)250光藕，H橋的二個(gè)上管用了自舉式供電方式，這樣做的目的是簡化電路，可以不用隔離電源。
因?yàn)锽T電壓會(huì)在10-15V之間變化，為了可靠驅(qū)動(dòng)H橋，光藕250的圖騰輸出級(jí)工作電壓一定要在12-15之間，不能低于12V，否則可能使H橋功率管觸發(fā)失敗。所以，這里用了一個(gè)MC34063（U9），把BT電壓升至15V（該升壓電路由鐘工提供），實(shí)驗(yàn)證明，這方式十分有效。
整個(gè)SPWM驅(qū)動(dòng)板，通過J1,J2插口和功率板接通，各插針說明如下：
J2:
2P-4P;7P-9P;13P-15P;18P-20P分別為H橋4個(gè)功率管的驅(qū)動(dòng)引腳
23P-24P為交流穩(wěn)壓取樣電壓的輸入端。
J1:
1P為2285輸出至前級(jí)3525第10P的保護(hù)信號(hào)連接端，一旦保護(hù)電路啟動(dòng)，2285的12P輸出高電平，通過該接口插針到前級(jí)3525的10P，關(guān)閉前級(jí)輸出。
6P-7P-8P為地GND。
9P接保護(hù)電路的輸出端，用于關(guān)閉后級(jí)SPWM輸出。
10P-11P接BT電源。
下面是SPWM驅(qū)動(dòng)板的電原理圖和PCB截圖：
3.DC-DC驅(qū)動(dòng)板
DC-DC升壓驅(qū)動(dòng)板，采用的是很常見的線路，用一片SG3525實(shí)現(xiàn)PWM的輸出，后級(jí)用二組圖騰輸出，經(jīng)實(shí)驗(yàn)，如果用一對(duì)190N08，圖騰部分可以省略，直接用3525驅(qū)動(dòng)就夠了。因?yàn)檫@DC-DC驅(qū)動(dòng)板，和我的1000W機(jī)上的接口是通用的，所以有雙組輸出，該機(jī)上只用了一組。板上有二個(gè)小按鈕開關(guān)，S1,S2，S1是開機(jī)的，S2是關(guān)機(jī)的，可以控制逆變器的啟動(dòng)和停機(jī)。
這驅(qū)動(dòng)板，是用J3,J4接口和功率板相連的，其中J3的第1P為限壓反饋輸入端。
下面是DC-DC升壓驅(qū)動(dòng)電路圖和PCB截圖：
[page]4.保護(hù)板
我這次沒有做保護(hù)板，有如下原因：首先是沒有保護(hù)板該機(jī)也可以工作，加上這段時(shí)間比較忙，所以，保護(hù)板就拉下了；其次是：我這次公布的功率主板，是后來經(jīng)修正過的，保護(hù)板上的接口也做了改動(dòng)，而我的樣機(jī)用的是沒有修正過的PCB板，即便是做了保護(hù)板，也插不上去。我倒是希望有朋友如果用我的PCB文檔去廠家打樣，不要忘記，多給我打一套，寄給我，我就可以根據(jù)新的功率主板來畫保護(hù)板了。下面是保護(hù)部分的電路圖，是我學(xué)習(xí)了鐘工公布的3000W上用的保護(hù)電路變化而來的。
二、主要部件的制作和采購
1.SPWM主芯片
2.主變壓器
主變壓器是制作逆變器成功與否的關(guān)健，本機(jī)主變用的磁芯為EE55，材質(zhì)PC40，我在杭州電子市場買到了一種質(zhì)量很好的骨架，立式的，腳位11加11，腳粗1.2MM。繞制數(shù)據(jù)：初級(jí)2T加2T，用10根0.93的線。初級(jí)導(dǎo)線總面積為6.8平方MM，次級(jí)為0.93線一根，繞60T。
[page]2.主變壓器
主變壓器是制作逆變器成功與否的關(guān)健，本機(jī)主變用的磁芯為EE55，材質(zhì)PC40，我在杭州電子市場買到了一種質(zhì)量很好的骨架，立式的，腳位11加11，腳粗1.2MM。繞制數(shù)據(jù)：初級(jí)2T加2T，用10根0.93的線。初級(jí)導(dǎo)線總面積為6.8平方MM，次級(jí)為0.93線一根，繞60T。
繞制步驟：
A),先繞二分之一的高壓繞組（次級(jí)），先在骨架上用高溫膠帶粘一層，這樣做是為了防止導(dǎo)線打滑，用一根0.93線繞一層，約30圈（注意的是，高壓繞組的線頭要做好絕緣，我是套進(jìn)一小段熱縮套管，用打火機(jī)烤一下，就緊緊包在線頭上了），再用膠帶固定住線頭，不要讓它散出來，并在高壓繞組的外面用高溫膠帶包三層。
B)，下面就可以繞低壓繞組了（初級(jí)），低壓繞組分成二層繞，也就是每一層是2加2，用5根線并繞，我畫了一個(gè)圖（見下面圖），不知大伙能不能看清楚結(jié)構(gòu)情況。
先用5根0.93線繞2圈（見圖二中紅線），中間留空隙，再在空隙處用另外5根線繞2圈（見圖二中藍(lán)線），每根線長約37CM。用同樣的方法繞二層，層間包二層膠帶，這樣就相當(dāng)于用了10根線并繞。繞完低壓繞組，在繞組外用高溫膠帶包三層。繞低壓繞組要注意的問題是：線頭留在下面，即骨架引腳處，線尾留長一點(diǎn)，暫時(shí)留在骨架的上面（等繞完高壓繞組后要向下折下來）。從（圖一）可以看出，實(shí)際上，低壓繞組的頭和尾是有一段是重疊的，也就是不是2圈，而是約2.2圈，這樣做可以大大減少漏感。
C)，再繼續(xù)繞高壓繞組，繞完另外的30圈，要注意的是，這30圖要和里面的30圈繞向相同，這點(diǎn)很關(guān)健。如果一層繞不下，就把剩下幾圈再繞一層。D)，繞完高壓繞組后，在外面用高溫膠帶包三層，就把低壓繞組原先留在上面的線頭折下來（見圖三），準(zhǔn)備焊在骨架的腳上。去漆可以用脫漆劑，用棉簽沾一點(diǎn)脫漆劑，抹在線頭上，過一會(huì)兒，漆就掉下來了，就可以焊了。
E），再后在整個(gè)繞組的外面包幾層高溫膠帶，繞好的線包外觀要飽滿平整。
F），現(xiàn)在可以插磁芯了，插磁芯之前要對(duì)磁芯的對(duì)接面做清潔處理，我是用膠帶粘幾下，把磁芯對(duì)接面的粉末全清潔干凈，插入磁芯，用膠帶扎緊，有條件的話對(duì)磁芯對(duì)接處用膠水做固定。
我發(fā)現(xiàn)用這種方法繞制的變壓器漏感比較小。以前用銅帶繞制，漏感一般在0.8uH以上，現(xiàn)在可以做到0.4uH以下。我想原因是：因?yàn)殂~帶要焊引出線頭，這樣就留下了一個(gè)錫堆，再繞高壓繞組時(shí)，中間就有一個(gè)空隙，導(dǎo)致耦合不緊。下圖為測試漏感示意圖。
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如果有條件，一定要做一個(gè)耐壓測試，任一個(gè)低壓繞組對(duì)高壓繞組的絕緣要在1500V以上，這樣才可以放心使用。
3.AC輸出濾波磁環(huán)
對(duì)于象我這樣純手工打造的愛好者來講，這個(gè)磁環(huán)的繞制也是十分頭痛的事。
磁環(huán)是采用直徑40MM的鐵硅鋁磁環(huán)，用1.18的線，在上面穿繞90圈，線長約4.5米，如果用導(dǎo)磁率為125的磁環(huán)，電感量大約在1.5mH，用導(dǎo)磁度為90的磁環(huán)，電感量大約在1mH左右。我做過試驗(yàn)，用二個(gè)這樣的磁環(huán)，每個(gè)電感量在0.7mH以上就可以正常工作了。繞制時(shí)分二層，第一層，45圈，因?yàn)榇怒h(huán)外圈和內(nèi)圈的周長不同，所以第一層繞時(shí)，內(nèi)圈的線要緊密排列，而外圈的線是每圈之間留有一個(gè)空隙的。繞第二層時(shí)，內(nèi)圈是疊在第一層線上，外圈是嵌在第一層線的空隙中，這樣繞出來的線圈才好看。當(dāng)然，好象是否好看，也不影響使用。下面是我在淘寶上買過磁環(huán)的網(wǎng)店（無意為商家做廣告，只是方便朋友們采購）。注意，繞這個(gè)磁環(huán)時(shí)，一定要戴手套，否則，導(dǎo)線會(huì)讓你勒出血泡的。
4.散熱風(fēng)扇
本機(jī)前級(jí)功率管和H橋的功率管都用風(fēng)扇散熱（安裝方法下面再詳述），這是一種小型儀表風(fēng)扇，比電腦上的CPU風(fēng)扇還要小一點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)證明，在600W輸出的情況下，H橋的4個(gè)功率管散熱不成問題，但前級(jí)的二個(gè)功率管好象散熱不夠一點(diǎn)，如果有可能，最好用大一點(diǎn)的風(fēng)扇。
這風(fēng)扇也是在淘寶網(wǎng)上買的，但現(xiàn)在這家店中好象沒有了，只能用其它差不多的風(fēng)扇代替了
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三、安裝與調(diào)試：
本機(jī)的安裝調(diào)試并不復(fù)雜，但安裝前必須做到二點(diǎn)：
1.所有元器件必須是好的，器件的耐壓和工作電流一定要夠，盡可能用新器件，有條件的話裝前對(duì)元器件作一番測試。
2.PCB質(zhì)量一定要好，裝前最好仔細(xì)地檢查一下，有沒有銅箔毛刺引起的短路等。
下面我講一講各板子的安裝過程要注意的事項(xiàng)：
1.功率主板：
功率主板的安裝，因?yàn)槎际且恍┐笃骷园惭b是比較方便的。
大功率管的安裝：先把大功率管的腳彎成如下圖所示的樣子，然后把管子金屬面朝上，將管腳插入焊接孔，在功率管的金屬面上涂一點(diǎn)導(dǎo)熱硅脂，再覆蓋一層矽膠片做絕緣。再把散熱器蓋上，從PCB下面升上來一個(gè)M3的螺絲，擰在散熱器，并擰緊，這樣，散熱器就緊緊壓在大功率管上了，再在反面把管腳焊好。這種裝法，主要是更換功率管比較方便。
板子裝完后，接入12V直流電，見上圖，按一下S1開關(guān)，驅(qū)動(dòng)板就開始工作了，測一下工作電流，一般應(yīng)該在40MA左右，將示波器探頭接到圖中PWM輸出處，應(yīng)該看到二路互為相反的PWM波輸出，頻率在28K左右，幅度為12V。因?yàn)檫@塊板子，當(dāng)初我畫的時(shí)候，是和我的1000W機(jī)通用的，所以，插針處有二對(duì)輸出，但在600W機(jī)中只用了左邊的一對(duì)。
3.SPWM驅(qū)動(dòng)板
SPWM驅(qū)動(dòng)板，因?yàn)樵骷^多，所以，安裝時(shí)一定要細(xì)心，元器件不能有問題，也不能裝錯(cuò)。特別是板上的高速隔離光藕TLP250，買時(shí)一定要注意質(zhì)量，現(xiàn)在淘寶上的價(jià)格很亂，我曾經(jīng)買到很便宜的，全新的才2.8元一個(gè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)是打磨后重新印字的假貨。一般我認(rèn)為，全新東芝原裝的，價(jià)格應(yīng)該在5-6元的才是真的。
裝好板子后，按下圖接上12V電源，總電流應(yīng)該在120-130MA左右。
測C22二端應(yīng)該在19V左右，C23二端為15V，說明升壓電路部分基本正常。這時(shí)，就可以用示波器在SPWM輸出端測到SPWM波形，見上圖右邊的引出腳。（注意：因?yàn)槎€(gè)上管是自舉供電的，所以，在沒有接H橋的情況下，只能測到二個(gè)下管的SPWM波形，二個(gè)上管的波形暫時(shí)測不到的，這是正常的）。
4.整機(jī)調(diào)試：
為了安全起見，一般是前后級(jí)分開來調(diào)試，等把前后級(jí)都調(diào)好了，再聯(lián)起來調(diào)試，就方便了。
A）.前級(jí)的調(diào)試：
先在電瓶的引線上接一個(gè)15A的保險(xiǎn)絲，功率主板上的高壓保險(xiǎn)絲不要裝，這樣，前后級(jí)就分開了。插上前級(jí)DC-DC驅(qū)動(dòng)板，把萬用表直流電壓700V檔接在高壓電解二端，開機(jī)（按一下DC-DC驅(qū)動(dòng)板上的ON啟動(dòng)開關(guān)），前級(jí)就啟動(dòng)了，功率主板上的高壓指示LED就亮了，這時(shí)，看直流高壓為幾V。調(diào)試DC-DC驅(qū)動(dòng)板上的R12多圈電位器，使高壓輸出在370-380V之間。此時(shí)，12V的電流應(yīng)該在200MA之內(nèi)，說明前級(jí)正常。這里如果看D極波形，應(yīng)該是雜亂的波形，因?yàn)槭强蛰d限壓的狀態(tài)下，這樣的波形是對(duì)的。
這里，可以稍稍為前級(jí)加點(diǎn)負(fù)載，可以用二個(gè)100W220V的燈泡串聯(lián)起來，接到高壓解的二端，這時(shí)電瓶電流可達(dá)到12A左右，讓它工作一段時(shí)間，看看前級(jí)功率管有沒有溫升，如果溫升不明顯，可以把電瓶保險(xiǎn)絲換大點(diǎn)，繼續(xù)加大負(fù)載，一般在功率管散熱正常的情況下，前級(jí)可以加到600W左右。在加載的情況下，再看D極波形，應(yīng)該是正常的方波，稍有點(diǎn)尖峰是沒有關(guān)系的，如果尖峰過大，說明變壓器制作不過關(guān)，要重新繞制。
B）.后級(jí)調(diào)試：
調(diào)好前級(jí)后，再把前級(jí)的DC-DC驅(qū)動(dòng)板拔下，在功率主板的高壓保險(xiǎn)絲座上，裝上一個(gè)1A左右的保險(xiǎn)絲，在高壓電解二端接上一個(gè)60V左右的電壓，作為母線電壓，我是用一臺(tái)雙組的30V電源串起來當(dāng)成60V用。插上SPWM驅(qū)動(dòng)板，如果電路沒有問題，這時(shí)，在AC輸出端就可以測到正弦波了，電壓大約在40V左右，可以接一個(gè)36V60W的燈泡做負(fù)載。
C）.聯(lián)機(jī)
在前后級(jí)都正常的情況下，可以把前后級(jí)聯(lián)起來，完成整機(jī)調(diào)試把前級(jí)的DC-DC驅(qū)動(dòng)板重新插上，后級(jí)AC輸出端的負(fù)載去掉，接上示波器（示波器最好用1：100的高壓探頭）和萬用表（AC700V檔），把高壓保險(xiǎn)絲換成一個(gè)0.5A的。下面要做的事是：開機(jī)！即按一下DC-DC驅(qū)動(dòng)板的啟動(dòng)開關(guān)，成敗在此一舉，如果后級(jí)元件耐壓沒有問題，此時(shí)，應(yīng)該在示波器上看到正弦波了，波形應(yīng)該很漂亮。這里，調(diào)整SPWM驅(qū)動(dòng)板的多圈電位器R7，就可以看到輸出電壓在變化，把它調(diào)在225V左右停下。
讓機(jī)器空載工作一段時(shí)間，如果沒有出現(xiàn)意外，可以把高壓保險(xiǎn)絲換成2A的，慢慢加大負(fù)載，一般是100W，200W，400W，一步一步地加，每加一點(diǎn)讓機(jī)器老化一段時(shí)間，同時(shí)要密切注意前級(jí)功率管的溫升，如果溫度過高，要查出原因。
我在裝這臺(tái)樣機(jī)時(shí)，曾遇到過300W以下一切正常，加到300W以上，H橋管子就有一個(gè)燒掉，也曾請朋友幫我診斷和查找原因，后來是加強(qiáng)了高壓直流和SPWM板電源的濾波就一切正常了
