去年開始,就想做一款自已認為滿意一點的逆變器,由于種種原因,一直沒有動手。今年終于花了點時間,做出來了。從設想到完工,前后花了約二個多月時間。前級還是用推挽框架,后級用單級性調制的H橋,均屬于常規線路。可能是年紀的原因,我現在不太喜歡很復雜的線路,所以在電路設計時盡量減少元器件的數量,用盡可能簡單的線路來實現相同的功能。下面先上圖:
前級推挽采用對稱布局,有利于大電流的灌入和回流,前級MOS管配置有二種方案,一種是推挽每邊用IRFP4668二個,還有一種是每邊用IXTQ96N20四個。
驅動卡也有二種方案,一種是用SG3525加MIC4452專驅,輸出電流12A;另一種是用SG3525加D1804+B1204,輸出電流8A,當然,第二種驅動成本比較低。見下圖:
為了便于實驗,輸出頻率和死區時間做成用電位器可調的方式。本機前級開關頻率調到40KHZ,死區時間約在1-1.2US為最佳。驅動卡左邊的一個小8腳芯片是一個單片機,用于電源管理和溫度管理:檢測輸入電壓的高低,做過壓欠壓保護。檢測后級H橋工作溫度,驅動風扇開關和過溫保護。
前級還是采用諧振準軟開關模式,在調試到位的情況下,前級MOS管的VDS波形非常干凈,幾乎沒有尖峰,有利于提高開關管的安全性。下圖是前級VDS波形:
變壓器采用單個EE55/21的方式,初級用銅帶繞4+4,次級28圈,變比1:7,因為這款機器是用鋰電池供電的,所以,輸入電壓為50V,變比取得比較低。
后級開關管用FGH60N60四個,驅動卡SPWM芯片用愛派爾APR9019,該芯片的特點的是穩定性很好,不容易受干擾。且有很多檢測功能,可以檢測輸入電壓,輸出電壓,工作溫度,還有短路狀態檢測功能,可以簡化后級短路保護電路的設計。因為用SO16封裝,所以手功焊接比較方便。輸出驅動用SLM2110,是國產的驅動片。
本機用一個獨立的輔助電源,主芯片是TOP104或者TOP204,所以電路非常簡單。輸出分為二路,一路12.5V供前級驅動卡用,另一路15.5V供后級驅動卡用,用于驅動后級IGBT。
整機經認真調試后,效率情況如下:
500W輸出時約95%
1000W輸出時約94-94.5%
1900W輸出時約93.5-94%
現在是發熱點主要是二個地方,一個是后級H橋高頻臂,還有一個是變壓器。如果在這二個地方再做點優化工作,可能效率還有提升的空間。前級MOS管和快速二極管發熱很低。
下面是調試時拍的圖片: