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新做一款50V2000W的单变压器逆变器

去年开始,就想做一款自已认为满意一点的逆变器,由于种种原因,一直没有动手。今年终于花了点时间,做出来了。从设想到完工,前后花了约二个多月时间。前级还是用推挽框架,后级用单级性调制的H桥,均属于常规线路。

可能是年纪的原因,我现在不太喜欢很复杂的线路,所以在电路设计时尽量减少元器件的数量,用尽可能简单的线路来实现相同的功能。下面先上图:

微信图片_20191129090720.jpg微信图片_20191129090723.jpg微信图片_20191129090725.jpg微信图片_20191129090728.jpg微信图片_20191129090730.jpg微信图片_20191129090733.jpg微信图片_20191129090735.jpg微信图片_20191129090738.jpg微信图片_20191129090740.jpg

前级推挽采用对称布局,有利于大电流的灌入和回流,前级MOS管配置有二种方案,一种是推挽每边用IRFP4668二个,还有一种是每边用IXTQ96N20四个。

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驱动卡也有二种方案,一种是用SG3525加MIC4452专驱,输出电流12A;另一种是用SG3525加D1804+B1204,输出电流8A,当然,第二种驱动成本比较低。见下图:

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为了便于实验,输出频率和死区时间做成用电位器可调的方式。本机前级开关频率调到40KHZ,死区时间约在1-1.2US为最佳。驱动卡左边的一个小8脚芯片是一个单片机,用于电源管理和温度管理:检测输入电压的高低,做过压欠压保护。检测后级H桥工作温度,驱动风扇开关和过温保护。

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前级还是采用谐振准软开关模式,在调试到位的情况下,前级MOS管的VDS波形非常干净,几乎没有尖峰,有利于提高开关管的安全性。下图是前级VDS波形:

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变压器采用单个EE55/21的方式,初级用铜带绕4+4,次级28圈,变比1:7,因为这款机器是用锂电池供电的,所以,输入电压为50V,变比取得比较低。

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后级开关管用FGH60N60四个,驱动卡SPWM芯片用爱派尔APR9019,该芯片的特点的是稳定性很好,不容易受干扰。且有很多检测功能,可以检测输入电压,输出电压,工作温度,还有短路状态检测功能,可以简化后级短路保护电路的设计。因为用SO16封装,所以手功焊接比较方便。输出驱动用SLM2110,是国产的驱动片。

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本机用一个独立的辅助电源,主芯片是TOP104或者TOP204,所以电路非常简单。输出分为二路,一路12.5V供前级驱动卡用,另一路15.5V供后级驱动卡用,用于驱动后级IGBT。

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整机经认真调试后,效率情况如下:

500W输出时约95%

1000W输出时约94-94.5%

1900W输出时约93.5-94%

现在是发热点主要是二个地方,一个是后级H桥高频臂,还有一个是变压器。如果在这二个地方再做点优化工作,可能效率还有提升的空间。前级MOS管和快速二极管发热很低。

下面是调试时拍的图片:

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网友回帖:

世纪逆变:寿工,我之前一直想要是加温度电阻缓冲,充电结束继电器吸合这种老办法来解决开机尖峰高的问题,不知你是怎么处理的,我看你上面有个继电器和一个水泥电阻,是否用这种方法?

萧山老寿:这个就是做开机缓冲用的。

FQCAD:老寿出品,必属精品!寿老师,请教一下,你的机子在推挽准谐振下,重载时前级输入电解电容温度如何?我做过3000W的准谐振,前级用2个2200UF的高频低阻电容,满载工作一段时间就很热了,估计长期工作的话,电容肯定会失效。你的机子用了多少UF电容,前级输入电流波形平缓程度怎样?

萧山老寿:谐振状态下,前级电解的浪涌压力很大,所以电解会发热的,除了用好一点的电容外,容量要保证,我一般按每安培电流300-500UF来配电解。

我把散热器换成单面牙齿的,重量减轻了一点,配合风扇的情况下,散热效果也能满足要求。

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