純正弦逆變器制作方法

做一個(gè)純正弦逆變器，這個(gè)想法9個(gè)月之前就有了。做個(gè)逆變器，高頻的，效率高，體積小。前級(jí)肯定用SG3525或者TL494做的推挽升壓，這沒啥選擇，關(guān)鍵是后級(jí)，它決定輸出波形是方波還是正弦波。 輸出正弦波的后級(jí)需要SPWM技術(shù)，肯定很多人的第一想法是使用單片機(jī)。的確，使用單片機(jī)的好處不少：SPWM波精度高，輸出正弦波波形好，穩(wěn)壓精度高，方便加入電壓指示功能等，單片機(jī)確實(shí)非常適合工業(yè)量產(chǎn)。但是對(duì)于咱們玩家，可不是這樣了。單片機(jī)不是人人可以掌握的，即便掌握，像我這種只會(huì)做電子鐘紅外遙控之類的初級(jí)玩家也很難寫出好的SPWM程序。因此，我考慮了全硬件方案。

高頻前級(jí)（原理分析）

在HIFI界，有一句話說前級(jí)出聲后級(jí)出力，同樣在逆變界，有前級(jí)出功率后級(jí)出波形之說。一個(gè)好的前級(jí)是多么的重要，是確保足夠功率輸出的保證。

這就是前級(jí)電路圖啦~

電路采用了光藕隔離反饋，工作在準(zhǔn)閉環(huán)模式。輕載或者空載時(shí)，由于變壓器漏感，輸出可能超壓，容易穿后級(jí)和電容。此時(shí)占空比減小輸出降低，實(shí)測(cè)在空載時(shí)占空比很小很小，這大概是空載電流小的原因吧（空載電流神一般的~60mA~）。

當(dāng)負(fù)載變大后，電路逐漸進(jìn)入開環(huán)模式，以確保足夠的電壓和功率輸出。

注：本圖根據(jù)老礦石的作品修改

全硬件純正弦后級(jí)（原理分析）

老壽老師很久之前就弄過全硬件了，他的方案有SG3525和lm393兩種，前者簡單，但是最大占空比低（母線電壓利用率低），后者最大占空比理論上可以弄到100% （實(shí)際也很高）但是電路有點(diǎn)復(fù)雜，而且需要雙電源供電。我把它們?nèi)诤狭艘幌?，得到了自己的電路?/p>

這是后級(jí)的框圖

本電路優(yōu)點(diǎn)：

1.電路極簡單，可能為世界上最簡單的分立SPWM電路

2.單電源寬電壓供電（10V-30V）

3.輸出最大占空比高，仿真時(shí)最大占空比已經(jīng)接近100%.這將導(dǎo)致母線電壓利用率高，母線電壓340V就足夠產(chǎn)生230V的工頻正弦交流電。

4.隔離輸出，受外圍電路干擾少

本電路沒有使用穩(wěn)壓反饋，故穩(wěn)壓功能全靠前級(jí)完成。前級(jí)一般由SG3525或者TL494組成，穩(wěn)壓功能不用可惜了。

看本圖，由于使用了虛擬雙電源，因此單電源供電即可，省略一個(gè)輔助電源變壓器。

再看驅(qū)動(dòng)板電路圖（紅圈里的內(nèi)容是修改過的部分）：

麻雀雖小，五臟俱全。

如圖，LM7809將電池電壓降為穩(wěn)定的9V，這使得電路可以在寬電源（10V-30V）情況下工作，左上角紅圈里的2N5551和2N5401等元件組成了虛擬雙電源，將正9V變成正負(fù)4.5V的雙電源。

NE555及周邊元件組成頻率約為20KHz的高線形度三角波振蕩器，如圖，在NE555的2和6腳可以得到在3V和6V之間運(yùn)動(dòng)的三角波。

IC1為LM324，IC1A及周邊元件組成50Hz工頻正弦振蕩器，產(chǎn)生幅度4.5V的正弦波（對(duì)于產(chǎn)生的虛地），圈一電位器將這個(gè)正弦波幅度分壓到3.5V.IC1B和IC1C及周邊元件組成精密整流電路，將正弦波變成3V幅值的饅頭波。這個(gè)饅頭波要去和NE555的三角波比較，三角波和饅頭波的幅值雖然向同，都是3V，但是這個(gè)饅頭波的最低電位比三角波的高1.5V.因此，IC1D及周邊元件組成減法電路，將饅頭波整體下調(diào)1.5V，這樣三角波和饅頭波就可以比較了.LM393B進(jìn)行比較工作，產(chǎn)生同相位的SPWM波，此波與LM393A組成的正弦波-方波轉(zhuǎn)換器輸出的同步方波送入CD4081等組成的編碼電路進(jìn)行編碼，產(chǎn)生最終驅(qū)動(dòng)功率管的SPWM信號(hào)。兩個(gè)20K電阻和47P電容用于產(chǎn)生死區(qū)于高頻臂.SPWM1和SPWM2用于驅(qū)動(dòng)高頻臂，50HZ1和50HZ2用于驅(qū)動(dòng)工頻臂。

本電路設(shè)計(jì)巧妙的地方之一就是虛地和實(shí)地的轉(zhuǎn)換.LM393A之前電路是工作在虛地狀態(tài)的，而LM393之后的電路卻變成了實(shí)地。因?yàn)?.5V的交流（對(duì)于虛地）對(duì)于實(shí)地來說是個(gè)9V的脈沖.LM393B周邊電路也是類似原理。

然后看H橋電路圖（紅圈里的內(nèi)容是修改過的部分）：

后級(jí)是很普通的，沒啥創(chuàng)新。下臂的IRFP460采用光藕直接驅(qū)動(dòng)，上臂的IRFP460采用自舉電容+光藕驅(qū)動(dòng)。工作原理簡述：當(dāng)下臂導(dǎo)通時(shí)，高頻橋的功率管的中點(diǎn)相當(dāng)于接地，此時(shí)220uF的自舉電容通過FR107和下臂管充電，當(dāng)下臂管關(guān)斷上臂導(dǎo)通時(shí)，220uF電容與地隔離，當(dāng)TLP250內(nèi)部三極管導(dǎo)通后，相當(dāng)于給上臂管的GS之間施加一個(gè)電壓，因此上臂管可以在與之對(duì)應(yīng)TLP250的控制下導(dǎo)通和關(guān)斷。

1mH電感和一個(gè)400V 1uF電容用來完成高頻濾波的任務(wù)，把高頻SPWM方波變成50Hz的正弦波。

三、整機(jī)組裝和元件選擇

整機(jī)可以分兩塊板做，一塊是后級(jí)的SPWM板（控制板），推薦使用熱轉(zhuǎn)印法制作一個(gè)PCB，因?yàn)橛萌f用板難度實(shí)在太大。另一塊是前級(jí)和后級(jí)H橋（功率管），用一塊大萬用板做。SPWM板插在功率板上。

我的萬用板布局（制作時(shí)擺出來的，僅供參考）：

這是實(shí)物：

首先繞制變壓器。變壓器的繞法很講究的，繞不好會(huì)導(dǎo)致漏感大炸前級(jí)功率管，亂繞更是做死……。.變壓器采用EE55磁芯和骨架，初級(jí)2+2，次級(jí)65，輔助繞組3。

繞制方法如下：

在磁芯上繞27匝，也就是一層次級(jí)，用1mm的漆包線，然后用絕緣膠袋包好包緊。

繞次級(jí)，用0.8mm的漆包線8根并繞，繞兩個(gè)2匝，然后用膠帶包上

示意圖：

實(shí)物圖：

繞下一層次級(jí)（27匝），然后用膠帶包上

繞下剩下次級(jí)（11匝）

繞輔助繞組，然后用膠帶包上

清潔磁芯的對(duì)接面然后插入磁芯，用膠帶固定之

繞好之后要進(jìn)行漏感測(cè)試，測(cè)試方法是短路高壓繞組然后測(cè)初級(jí)電感即是漏感，如果漏感太大要重繞變壓器，漏感不要超過2uH！

然后在萬用板上搭建前級(jí)（前級(jí)那張電路圖的全部）。前級(jí)的圖騰柱三極管選用80508550或者D669B649對(duì)管（我用后者），功率管為了避免過大損失，先倆IRF3205做調(diào)試。后級(jí)的整流二極管選用耐壓〉600V電流8A以上的快恢復(fù)二極管，我選用的型號(hào)是MUR1560T，此外還可以使用MUR860T、MUR8120等二極管，實(shí)在不行用HER607代替得了（輸出功率受影響）。3525邊上的電位器是調(diào)前級(jí)頻率的，先調(diào)到9.8K，以后愿意可以微調(diào)以獲得最佳效率。反饋那個(gè)電位器是調(diào)空載或者輕載時(shí)電壓反饋的，調(diào)到3.16K，這樣空載電壓被限制在380V左右，對(duì)于電容和后級(jí)功率管安全的（當(dāng)前后級(jí)聯(lián)機(jī)后，后級(jí)的AC濾波部分會(huì)消耗一小部分功率，這個(gè)電壓會(huì)被拉低，先不用考慮）。那個(gè)450V0.22uF的無極性電容不可不裝，它的作用是濾去母線上的各種干擾信號(hào)，保障后級(jí)H橋可靠工作。和電池并聯(lián)的那個(gè)10000uF（10mF）電容不可不裝，否則不出功率。至于那個(gè)450V470uF電容先不用裝，為了避免電擊。

最后可以試機(jī)了，對(duì)于第一次試機(jī)的同志，簡易串燈泡（12V20W），以避免損失。如果通電后燈泡一直亮，那說明短路啦，趕緊斷電檢查。如果燈泡只在通電瞬間亮一下，那說明基本沒問題，可以直接接電瓶了，測(cè)試空載電流（小于100mA）母線電壓（380V左右）和輔助電源電壓（15V），如果都符合，那就進(jìn)行加載測(cè)試。找個(gè)100W白熾燈，接在母線和后級(jí)地之間。通電，觀察功率管的溫度，如果升溫過快嚴(yán)趕緊斷電，找出原因，如果微熱或者壓根不升溫，那就說明前級(jí)成功了，開始弄后級(jí)控制板（SPWM板）吧~

SPWM板強(qiáng)烈推薦使用熱轉(zhuǎn)印制作PCB（此PCB包括第二張電路圖和后級(jí)H橋的TLP250、FR107、200歐電阻、220uF電容），洞洞板焊出來估計(jì)得要命……首先焊好所有元件，然后用示波器查看A點(diǎn)波形，調(diào)節(jié)IC1A下面的電位器，使波形最好振幅最大；再。調(diào)整圈1電位器使其滑動(dòng)端（B）對(duì)虛地有3V幅值（對(duì)虛地）的正弦波脈沖，此時(shí)在C點(diǎn)可以看到幅值3V頻率100Hz的饅頭波（對(duì)虛地）；調(diào)整圈2電位器，是其滑動(dòng)端對(duì)地（實(shí)地）有1.5V電壓，繞后用示波器同時(shí)觀察三角波和減法電路輸出的饅頭波，調(diào)節(jié)圈1電位器和圈2電位器使三角波和饅頭波在同一范圍內(nèi)，即三角波能包住饅頭波，饅頭波還可以“在三角波里頂天立地”，再測(cè)試F輸出的50Hz脈沖方波，在LM393B的輸出端應(yīng)該可以測(cè)到SPWM脈沖。最后測(cè)試SPWM1、SPWM2、50HZ1和50HZ2的波形，應(yīng)為下圖：

看到它，就說明基本成功了。

最后弄后級(jí)H橋。

弄之前先把后級(jí)的AC濾波磁環(huán)弄好，用1mm漆包線在內(nèi)徑20mm的鐵硅鋁磁環(huán)上繞90匝，線長約4.5m。繞好之后電感在700uH以上的都能用。（友情提示：繞該磁環(huán)一定要帶上手套，否則你的手會(huì)被勒出血泡！我是受害者?。。?/p>

把功率板上的后級(jí)H橋的功率管、AC濾波LC裝好，這里我們使用IRFP460LC組成H橋。再裝上裝好之后H橋先不接母線高壓，而接輔助電源的15V！有的同志可能會(huì)問這是為什么，我這么做是為了減小損失。。。。。。。上電之后測(cè)AC濾波器輸出，什么？是方波？！沒事兒，臨時(shí)在輸出加個(gè)180歐的負(fù)載立馬變正弦波了。如果正常的話H橋就直接接母線了，在輸出那里加2個(gè)并聯(lián)的100K1W電阻做假負(fù)載（這機(jī)器是單極性調(diào)制，空載輸出方波…。.），以輸出正弦波。改變電路后的初次上電一定要串燈?。?！不然功率管炸爛你家?。?！有高壓探頭的朋友可以看看輸出波形，我是拿變壓器降壓后看的，過零點(diǎn)波形有點(diǎn)屎……沒辦法，電路缺陷……。不過影響不大……。.

得到正弦波之后，不串燈泡，測(cè)空載電流，在700mA 之下可以接受，我的是500mA。

加點(diǎn)負(fù)載玩吧，用燈泡、變壓器、手機(jī)充電器（閑置的）、電動(dòng)機(jī)之類的，同時(shí)關(guān)注前級(jí)功率管升溫，據(jù)我觀察后級(jí)H橋升溫困難…………

這些都弄好之后，可以換上前級(jí)的牛管了------IRFP2907。IRFP2907，場(chǎng)管中的戰(zhàn)斗機(jī)哦耶！又一個(gè)純正弦逆變器誕生啦~