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SG3525+EG8010 500W正弦波逆变器设计

首先说下我对逆变器的执着,从认识逆变器到想制作逆变器有两年时间了,其中毕设也是设计逆变器但是水平有限,只能实现部分功能。直到现在,终于打算把逆变器好好做一下,不去想那些复杂的功能,只要能输出220V交流就行了。先说下设计思路,前级采用推挽电路,后级采用全桥电路,驱动分别是SG3525与EG8010,其实之前毕设考虑用的是STM32做为控制器,但是系统复杂多了,所以改成了这个。后面有时间再改用单片机,这样就能实现更多的功能,比如并网等等。
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_zhoulian
LV.1
2
2019-01-23 12:16

设计要求:输入10V-14V

输出:220V 50HZ

功率:500W

开关频率:48KHz

效率:86%

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_zhoulian
LV.1
3
2019-01-24 18:56
@_zhoulian
设计要求:输入10V-14V输出:220V50HZ功率:500W开关频率:48KHz效率:86%

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_zhoulian
LV.1
4
2019-01-24 19:33
@_zhoulian
[图片]
首先,讲一下原理图。前级开关器件选用IRF3205、500W基本没问题,当然也可以用IRFP2907,听说一对就可以上600W,我只有一对,暂时还舍不得用,以后再做大功率的可以用上。对了,PCB是可以兼容TO-247封装的管子的。SG3525输出接了图腾柱也是为了增强驱动能力,也可以不焊接三极管直接连起来。变压器反馈绕组输出作为稳定电压用,实现前级与后级高压的完全隔离,同时SG3525的关断功能也用在了过流,短路保护上,一旦出现过流或短路,后级的EG8010关闭输出之外,前级升压也会关闭。再来说一下供电问题,采用了LM3478搭的升压电路,输出15V,在电池输入降低时,保证了MOS管能完全导通,同时,供电的质量也要好很多,主电路是否运行对SG3525的影响小了。这个也是实践得出的结论,在之前用洞洞板搭的推挽升压时,发现主电路对SG3525供电影响非常大,包括走线等,所以用了这个电路。如果是24V或48V的逆变器,可以用一个DC\DC降压电路。变压器是用的ETD44,具体参数及绕制后面再说。输出高压我计算的是320V,实际发现带载下,电压有点不足,所以建议是340V~380V可能更合适些。高压滤波电容耐压可以用450V,并联CBB滤波电容和放电电阻,H桥用IRFP460搭的,输出接LC滤波就能输出220V了。再说一下供电的问题,后级需要的12V和5V是由辅助绕组输出的18V电压分别经过L7812与L7805稳压就可以了。整体的设计思路就这么多了。
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tang_
LV.1
5
2019-01-28 14:57
@_zhoulian
首先,讲一下原理图。前级开关器件选用IRF3205、500W基本没问题,当然也可以用IRFP2907,听说一对就可以上600W,我只有一对,暂时还舍不得用[图片],以后再做大功率的可以用上。对了,PCB是可以兼容TO-247封装的管子的。SG3525输出接了图腾柱也是为了增强驱动能力,也可以不焊接三极管直接连起来。变压器反馈绕组输出作为稳定电压用,实现前级与后级高压的完全隔离,同时SG3525的关断功能也用在了过流,短路保护上,一旦出现过流或短路,后级的EG8010关闭输出之外,前级升压也会关闭。再来说一下供电问题,采用了LM3478搭的升压电路,输出15V,在电池输入降低时,保证了MOS管能完全导通,同时,供电的质量也要好很多,主电路是否运行对SG3525的影响小了。这个也是实践得出的结论,在之前用洞洞板搭的推挽升压时,发现主电路对SG3525供电影响非常大,包括走线等,所以用了这个电路。如果是24V或48V的逆变器,可以用一个DC\DC降压电路。变压器是用的ETD44,具体参数及绕制后面再说。输出高压我计算的是320V,实际发现带载下,电压有点不足,所以建议是340V~380V可能更合适些。高压滤波电容耐压可以用450V,并联CBB滤波电容和放电电阻,H桥用IRFP460搭的,输出接LC滤波就能输出220V了。再说一下供电的问题,后级需要的12V和5V是由辅助绕组输出的18V电压分别经过L7812与L7805稳压就可以了。整体的设计思路就这么多了。

能说下变压器初次级的扎数吗?

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_zhoulian
LV.1
6
2019-02-21 20:26
@tang_
能说下变压器初次级的扎数吗?
变压器初级两匝,采用26mm宽0.2mm厚的铜带两片并绕。次级实际绕的是64匝,但是建议可以取大一点,因为考虑到满功率输出时会有比较大的损耗,输出电压可能不足220V,所以建议取70匝。采用一根0.4mm的漆包线密绕。绕法是次级夹初级,这样在降低漏感的基础上也相对简单点。
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2019-02-22 17:07
@_zhoulian
变压器初级两匝,采用26mm宽0.2mm厚的铜带两片并绕。次级实际绕的是64匝,但是建议可以取大一点,因为考虑到满功率输出时会有比较大的损耗,输出电压可能不足220V,所以建议取70匝。采用一根0.4mm的漆包线密绕。绕法是次级夹初级,这样在降低漏感的基础上也相对简单点。
很详细的帖子。请教楼主一个问题,当3525进行稳压闭环时,有没有发现效率低,MOS管发热大的问题?比如输出380V,闭环稳压在300V,这个时候带个50W左右,PWM占空比比较小,MOS管的DS波形变得很乱,但PWM又是正常的。     请问您有遇到这个问题吗,我看你的主380V输出也没有加续流电感。
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_zhoulian
LV.1
8
2019-02-25 09:27
@huangchaolong11
很详细的帖子。请教楼主一个问题,当3525进行稳压闭环时,有没有发现效率低,MOS管发热大的问题?比如输出380V,闭环稳压在300V,这个时候带个50W左右,PWM占空比比较小,MOS管的DS波形变得很乱,但PWM又是正常的。   请问您有遇到这个问题吗,我看你的主380V输出也没有加续流电感。
这个问题很多人也讨论过,我们用的拓扑并不是意义上的推挽,3525闭环我也是调了很久,采用准闭环控制,在空载的时侯母线电压稳定在360V左右,在带载的时候占空比最大,同时母线上必须接上220K/2W的这个电阻,否则电压就稳定不下来。对于3525闭环的问题,我猜想的是可能内部的误差放大器电压增益与带宽不足导致的,这个还有待时间去验证。
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_zhoulian
LV.1
9
2019-02-25 09:48

由于回家了而且家里没网就没有更新了,见谅。现在继续开工,接下来就是布局布线了,布好之后就可以做板了。 

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_zhoulian
LV.1
10
2019-02-25 09:50
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_zhoulian
LV.1
11
2019-02-25 09:50
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_zhoulian
LV.1
12
2019-02-25 09:50
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_zhoulian
LV.1
13
2019-02-25 09:50
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_zhoulian
LV.1
14
2019-02-25 09:51
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2019-03-08 09:39
@_zhoulian
[图片]
搬凳子坐等更新
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approach
LV.2
16
2019-03-12 13:47
@_zhoulian
[图片]

楼主说的48KHZ是SG3525的震荡频率吗?

如果震荡频率是50KHz的话,单路PWM输出就是25KHZ吧?那么变压器的工作频率应该是多少啊,25KHZ还是50KHZ(看了很多文献答案都不一样,希望楼主给个答案)

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2019-03-13 11:02
你的原理图的仿真用的什么软件
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_zhoulian
LV.1
18
2019-03-18 19:25
@approach
楼主说的48KHZ是SG3525的震荡频率吗?如果震荡频率是50KHz的话,单路PWM输出就是25KHZ吧?那么变压器的工作频率应该是多少啊,25KHZ还是50KHZ(看了很多文献答案都不一样,希望楼主给个答案)[图片]
48K是开关频率,也就是变压器工作的频率,而SG3525震荡频率为96KHZ,这个是可以通过测量3525震荡产生的三角波来验证的。
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_zhoulian
LV.1
19
2019-03-18 19:27
@张家一123
你的原理图的仿真用的什么软件
用PSIM做了一个简单的仿真,由于原理上不是很复杂,所以就不讲仿真。
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_zhoulian
LV.1
20
2019-03-18 19:48
PCB做好之后就是简单的焊接和调试了,焊接就不说了。最重要的就是调试,首先调试前级,确定前级升压成功且电压稳定,辅助电压是否达到要求。输出电压有可能很不稳定,所以PI的参数很重要,这个也花了我很多时间。前级调好之后再单独调试后级,用直流电源先给一个低的电压,看EG8010输出是不是正弦波,如果不是再看驱动信号是否正常,若驱动信号正常则可能要调整LC滤波参数了。值得注意的是,EG8010需要给一个2.6V至3.1V左右的反馈电压,否则芯片就会关闭输出。低压如果没问题了,可以逐步的加电压,直到400V左右。此时,后级应该可以正常运行了,且工作在闭环状态。前级和后级单独调试完成后可以进行最后一步了,系统级联调试!插上EG8010驱动板,输入给定12V 1A的电源看系统能不能启动并运行,这样可以避免烧MOS管。看下逆变输出波形,然后增加输入功率和负载,如果一切正常就说明逆变基本成功了。最后就是测试效率,装上散热片,散热风扇,老化一段时间,逆变器就可以投入使用了。
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_zhoulian
LV.1
21
2019-03-18 19:56

这个就是输出的正弦波了,差分探头衰减比例为50,输出有效值就是4.41*50=220.5V,1通道是反馈信号。

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_zhoulian
LV.1
22
2019-03-18 20:16

这个调试过程中拍的图,有点无语的是JPG格式的还上传不了,大于8M也传不了

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_zhoulian
LV.1
23
2019-03-18 20:42
@_zhoulian
这个调试过程中拍的图,有点无语的是JPG格式的还上传不了,大于8M也传不了[图片][图片]
后面还有一些整体的图上传不了,我也没办法,第一版逆变器基本成功了,存在的一些问题是有些元件的封装不是很合适,不过并不影响使用,轻载前级MOS管基本不热。后面有时间会在现有基础上改进,考虑用STM32作为整个系统的控制器,同时实现并网等多个功能。
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ax211
LV.2
24
2019-03-19 11:44
@_zhoulian
后面还有一些整体的图上传不了,我也没办法[图片],第一版逆变器基本成功了,存在的一些问题是有些元件的封装不是很合适,不过并不影响使用,轻载前级MOS管基本不热。后面有时间会在现有基础上改进,考虑用STM32作为整个系统的控制器,同时实现并网等多个功能。
楼主楼组,高压H桥用的是哪家的?内阻多大
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approach
LV.2
25
2019-03-19 13:31
@_zhoulian
48K是开关频率,也就是变压器工作的频率,而SG3525震荡频率为96KHZ,这个是可以通过测量3525震荡产生的三角波来验证的。
嗯嗯,谢谢。
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approach
LV.2
26
2019-03-19 13:45
@_zhoulian
这个调试过程中拍的图,有点无语的是JPG格式的还上传不了,大于8M也传不了[图片][图片]

板子很漂亮。看过一些文献上讲升压后为了稳定在320V(或者360V),高压输出端常常会接一个储能电感用于维持电流电压。

楼主认为怎么样?

楼主变压器电流输入也是用pcb走线实现的吗?会不会电流太大了?

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_zhoulian
LV.1
27
2019-03-21 15:46
@ax211
楼主楼组,高压H桥用的是哪家的?内阻多大
用的是IRFP460,除了变压器所有参数都在原理图标明了。
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_zhoulian
LV.1
28
2019-03-21 15:56
@approach
板子很漂亮。看过一些文献上讲升压后为了稳定在320V(或者360V),高压输出端常常会接一个储能电感用于维持电流电压。楼主认为怎么样?楼主变压器电流输入也是用pcb走线实现的吗?会不会电流太大了?
可以加上电感,看资料说是可以提高效率,但我省掉了,你可以试验一下。小功率可以在PCB板子上埋铜,如果是大功率的还是用粗铜线直接接到变压器。
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approach
LV.2
29
2019-03-22 10:44
@_zhoulian
可以加上电感,看资料说是可以提高效率,但我省掉了,你可以试验一下。小功率可以在PCB板子上埋铜,如果是大功率的还是用粗铜线直接接到变压器。
嗯,谢谢
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approach
LV.2
30
2019-03-23 17:00
@_zhoulian
可以加上电感,看资料说是可以提高效率,但我省掉了,你可以试验一下。小功率可以在PCB板子上埋铜,如果是大功率的还是用粗铜线直接接到变压器。

大功率用粗铜线直接接到变压器,可是电压输入端可以用粗铜线,但推挽输入端必须要接变压器输出端,

如果开关管用pcb走线的话,不还是等于大功率的时候用pcb走线,有什么解决方法吗?

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_zhoulian
LV.1
31
2019-03-24 12:28
@approach
大功率用粗铜线直接接到变压器,可是电压输入端可以用粗铜线,但推挽输入端必须要接变压器输出端,如果开关管用pcb走线的话,不还是等于大功率的时候用pcb走线,有什么解决方法吗?
输入端电流是最大的,而对于开关管来说,每个开关管只在半个周期内导通,电流有效值就是输入电流有效值的一半,而且如果你做几千W的机器,输入电压就不是12V,可能就是36V、48V等电压输入。
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