純正弦逆變器制作方法

做一個純正弦逆變器，這個想法9個月之前就有了。做個逆變器，高頻的，效率高，體積小。前級肯定用SG3525或者TL494做的推挽升壓，這沒啥選擇，關(guān)鍵是后級，它決定輸出波形是方波還是正弦波。 輸出正弦波的后級需要SPWM技術(shù)，肯定很多人的第一想法是使用單片機。的確，使用單片機的好處不少：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，單片機確實非常適合工業(yè)量產(chǎn)。但是對于咱們玩家，可不是這樣了。單片機不是人人可以掌握的，即便掌握，像我這種只會做電子鐘紅外遙控之類的初級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（原理分析）

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

這就是前級電路圖啦~

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

當(dāng)負載變大后，電路逐漸進入開環(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（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% （實際也很高）但是電路有點復(fù)雜，而且需要雙電源供電。我把它們?nèi)诤狭艘幌拢玫搅俗约旱碾娐贰?/p>

這是后級的框圖

本電路優(yōu)點：

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)壓功能全靠前級完成。前級一般由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，省略一個輔助電源變壓器。

再看驅(qū)動板電路圖（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之間運動的三角波。

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（對于產(chǎn)生的虛地），圈一電位器將這個正弦波幅度分壓到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行編碼，產(chǎn)生最終驅(qū)動功率管的SPWM信號。兩個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)動高頻臂，50HZ1和50HZ2用于驅(qū)動工頻臂。

本電路設(shè)計巧妙的地方之一就是虛地和實地的轉(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地。因為4.5V的交流（對于虛地）對于實地來說是個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）：

后級是很普通的，沒啥創(chuàng)新。下臂的IRFP460采用光藕直接驅(qū)動，上臂的IRFP460采用自舉電容+光藕驅(qū)動。工作原理簡述：當(dāng)下臂導(dǎo)通時，高頻橋的功率管的中點相當(dāng)于接地，此時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，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之間施加一個電壓，因此上臂管可以在與之對應(yīng)TLP250的控制下導(dǎo)通和關(guān)斷。

1mH電感和一個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、整機組裝和元件選擇

整機可以分兩塊板做，一塊是后級的SPWM板（控制板），推薦使用熱轉(zhuǎn)印法制作一個PCB，因為用萬用板難度實在太大。另一塊是前級和后級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（制作時擺出來的，僅供參考）：

這是實物：

首先繞制變壓器。變壓器的繞法很講究的，繞不好會導(dǎo)致漏感大炸前級功率管，亂繞更是做死……。.變壓器采用EE55磁芯和骨架，初級2+2，次級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，用1mm的漆包線，然后用絕緣膠袋包好包緊。

繞次級，用0.8mm的漆包線8根并繞，繞兩個2匝，然后用膠帶包上

示意圖：

實物圖：

繞下一層次級（27匝），然后用膠帶包上

繞下剩下次級（11匝）

繞輔助繞組，然后用膠帶包上

清潔磁芯的對接面然后插入磁芯，用膠帶固定之

繞好之后要進行漏感測試，測試方法是短路高壓繞組然后測初級電感即是漏感，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（前級那張電路圖的全部）。前級的圖騰柱三極管選用80508550或者D669B649對管（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，我選用的型號是MUR1560T，此外還可以使用MUR860T、MUR8120等二極管，實在不行用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。反饋那個電位器是調(diào)空載或者輕載時電壓反饋的，調(diào)到3.16K，這樣空載電壓被限制在380V左右，對于電容和后級功率管安全的（當(dāng)前后級聯(lián)機后，后級的AC濾波部分會消耗一小部分功率，這個電壓會被拉低，先不用考慮）。那個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，保障后級H橋可靠工作。和電池并聯(lián)的那個10000uF（10mF）電容不可不裝，否則不出功率。至于那個450V470uF電容先不用裝，為了避免電擊。

最后可以試機了，對于第一次試機的同志，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，那就進行加載測試。找個100W白熾燈，接在母線和后級地之間。通電，觀察功率管的溫度，如果升溫過快嚴趕緊斷電，找出原因，如果微熱或者壓根不升溫，那就說明前級成功了，開始弄后級控制板（SPWM板）吧~

SPWM板強烈推薦使用熱轉(zhuǎn)印制作PCB（此PCB包括第二張電路圖和后級H橋的TLP250、FR107、200歐電阻、220uF電容），洞洞板焊出來估計得要命……首先焊好所有元件，然后用示波器查看A點波形，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電位器使其滑動端（B）對虛地有3V幅值（對虛地）的正弦波脈沖，此時在C點可以看到幅值3V頻率100Hz的饅頭波（對虛地）；調(diào)整圈2電位器，是其滑動端對地（實地）有1.5V電壓，繞后用示波器同時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”，再測試F輸出的50Hz脈沖方波，在LM393B的輸出端應(yīng)該可以測到SPWM脈沖。最后測試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H橋。

弄之前先把后級的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，否則你的手會被勒出血泡！我是受害者?。。?/p>

把功率板上的后級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！有的同志可能會問這是為什么，我這么做是為了減小損失。。。。。。。上電之后測AC濾波器輸出，什么？是方波？！沒事兒，臨時在輸出加個180歐的負載立馬變正弦波了。如果正常的話H橋就直接接母線了，在輸出那里加2個并聯(lián)的100K1W電阻做假負載（這機器是單極性調(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，過零點波形有點屎……沒辦法，電路缺陷……。不過影響不大……。.

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

加點負載玩吧，用燈泡、變壓器、手機充電器（閑置的）、電動機之類的，同時關(guān)注前級功率管升溫，據(jù)我觀察后級H橋升溫困難…………

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