一台600W正弦波逆变器的制作详解

近期花了近一个月的时间，制作了一台600W的正弦波逆变器，该机有如下特点：

1.SPWM的驱动核心采用了单片机SPWM芯片，TDS2285，所以，SPWM驱动部分相对纯硬件来讲，比较简单，制作完成后要调试的东西很少，所以，比较容易成功。

2.所有的PCB全部采用了单面板，便于大家制作，因为，很多爱好者都会自已做单面的 PCB，有的用感光法，有点用热转印法，等等，这样，就不用麻烦PCB厂家了，自已在家里就可以做出来，当然，主要的目的是省钱，现在的PCB厂家太牛了，有点若不起(我是万不得已才去找PCB厂家的)。

3.该机所有的元件及材料都可以在网上买到，有了网购真的很方便，快递送到家，你要什么有什么。

如果PCB没有做错，如果元器件没有问题，如果你对逆变器有一定的基础，我老寿包你制作成功，当然，里面有很多东西要自已动手做的，可以尽享自已动手的乐趣。

4.功率只有600W，一般说来，功率小点容易成功，既可以做实验也有一定的实用性。下面是样机的照片和工作波形：

　　一、电路原理：

　　该逆变器分为四大部分，每一部分做一块PCB板。分别是“功率主板”;“SPWM驱动板”;“DC-DC驱动板”;“保护板”。

　　1.功率主板：

　　功率主板包括了DC-DC推挽升压和H桥逆变两大部分。

　　该机的BT电压为12V，满功率时，前级工作电流可以达到55A以上，DC-DC升压部分用了一对190N08，这种247封装的牛管，只要散热做到位，一对就可以输出600W，也可以用IRFP2907Z，输出能力差不多，价格也差不多。主变压器用了EE55的磁芯，其实，就600W而言，用EE42也足够了，我是为了绕制方便，加上EE55是现存有的，就用了EE55。关于主变压器的绕制，下面再详细介绍。前级推挽部分的供电采用对称平衡方式，这样做有二个好处，一是可以保证大电流时的二个功率管工作状态的对称性，保证不会出现单边发热现象;二是可以减少PCB反面堆锡层的电流密度，当然，也可以大大减小因为电流不平衡引起的干扰。高压整流快速二极管，用的是TO220封装的RHRP8120，这种管子可靠性很好，我用的是二手管，才1元钱一个。高压滤波电容是470uf/450V的，在可能的情况下，尽可能用的容量大一些，对改善高压部分的负载特性和减少干扰都有好处。

　　H桥部分用的是4个IRFP460，耐压500V，最大电流20A，也可以用性能差不多的管子代替，用内阻小的管子可以提高整机的逆变效率。H桥部分的电路采用的常规电路。

　　下面是功率主板的PCB截图，长宽为200X150MM，因为，这部分的电路比较简单，所以，我没有画原理图，是直接画了PCB图的。该板布板时，曾得到钟工的提示帮助，特在此表示感谢。

2. SPWM驱动板

　　和我的1KW机器一样，SPWM的核心部分采用了张工的TDS2285单片机芯片。关于该芯片的详细介绍，可以看我以前的贴子：http://bbs.dianyuan.com/topic/563779，这里不详说了。U3,U4组成时序和死区电路，末级输出用了4个250光藕，H桥的二个上管用了自举式供电方式，这样做的目的是简化电路，可以不用隔离电源。

　　因为BT电压会在10-15V之间变化，为了可靠驱动H桥，光藕250的图腾输出级工作电压一定要在12-15之间，不能低于12V，否则可能使H桥功率管触发失败。所以，这里用了一个MC34063(U9)，把BT电压升至15V(该升压电路由钟工提供)，实验证明，这方式十分有效。

　　整个SPWM驱动板，通过J1,J2插口和功率板接通，各插针说明如下：

　　J2:

　　2P-4P; 7P-9P; 13P-15P; 18P-20P 分别为H桥4个功率管的驱动引脚。

　　23P-24P为交流稳压取样电压的输入端。

　　J1:

　　1P为2285输出至前级3525第10P的保护信号连接端，一旦保护电路启动，2285的12P输出高电平，通过该接口插针到前级3525的10P，关闭前级输出。

　　6P-7P-8P为地GND。

　　9P接保护电路的输出端，用于关闭后级SPWM输出。

　　10P-11P接BT电源。

　　下面是SPWM驱动板的电原理图和PCB截图：

　3.DC-DC驱动板

　　DC-DC升压驱动板，采用的是很常见的线路，用一片SG3525实现PWM的输出，后级用二组图腾输出，经实验，如果用一对190N08，图腾部分可以省略，直接用3525驱动就够了。因为这DC-DC驱动板，和我的1000W机上的接口是通用的，所以有双组输出，该机上只用了一组。板上有二个小按钮开关，S1,S2，S1是开机的，S2是关机的，可以控制逆变器的启动和停机。

　　这驱动板，是用J3,J4接口和功率板相连的，其中J3的第1P为限压反馈输入端。

　　下面是DC-DC升压驱动电路图和PCB截图：

　4.保护板

　　我这次没有做保护板，有如下原因：首先是没有保护板该机也可以工作，加上这段时间比较忙，所以，保护板就拉下了;其次是：我这次公布的功率主板，是后来经修正过的，保护板上的接口也做了改动，而我的样机用的是没有修正过的PCB板，即便是做了保护板，也插不上去。我倒是希望有朋友如果用我的PCB文档去厂家打样，不要忘记，多给我打一套，寄给我，我就可以根据新的功率主板来画保护板了。

　　下面是保护部分的电路图，是我学习了钟工公布的3000W上用的保护电路变化而来的。

　　二、主要部件的制作和采购

　　1.SPWM主芯片

　　2.主变压器

　　主变压器是制作逆变器成功与否的关健，本机主变用的磁芯为EE55，材质PC40，我在杭州电子市场买到了一种质量很好的骨架，立式的，脚位11加11，脚粗1.2MM。绕制数据：初级2T加 2T，用10根0.93的线。初级导线总面积为6.8平方MM，次级为0.93线一根，绕60T。

　　绕前准备：

　　先准备骨架，把骨架上22个引脚，剪去4个，下面红圈处就是表示已经剪去的脚。上面二个独立的脚是高压绕组用的，远离下面的脚有利于绝缘，中间及下面的脚是低压绕组用的，左边是一个绕组2圈，右边是另一个绕组2圈。

绕制步骤：

　　A),先绕二分之一的高压绕组(次级)，先在骨架上用高温胶带粘一层，这样做是为了防止导线打滑，用一根0.93线绕一层，约30圈(注意的是，高压绕组的线头要做好绝缘，我是套进一小段热缩套管，用打火机烤一下，就紧紧包在线头上了)，再用胶带固定住线头，不要让它散出来，并在高压绕组的外面用高温胶带包三层。

　　B)，下面就可以绕低压绕组了(初级)，低压绕组分成二层绕，也就是每一层是2加2，用5根线并绕，我画了一个图(见下面图)，不知大伙能不能看清楚结构情况。

　　先用5根0.93线绕2圈(见图二中红线)，中间留空隙，再在空隙处用另外5根线绕2圈(见图二中蓝线)，每根线长约37CM。用同样的方法绕二层，层间包二层胶带，这样就相当于用了10根线并绕。绕完低压绕组，在绕组外用高温胶带包三层。绕低压绕组要注意的问题是：线头留在下面，即骨架引脚处，线尾留长一点，暂时留在骨架的上面(等绕完高压绕组后要向下折下来)。从(图一)可以看出，实际上，低压绕组的头和尾是有一段是重叠的，也就是不是2圈，而是约 2.2圈，这样做可以大大减少漏感。

　　C)，再继续绕高压绕组，绕完另外的30圈，要注意的是，这30图要和里面的30圈绕向相同，这点很关健。如果一层绕不下，就把剩下几圈再绕一层。

　　D)，绕完高压绕组后，在外面用高温胶带包三层，就把低压绕组原先留在上面的线头折下来(见图三)，准备焊在骨架的脚上。去漆可以用脱漆剂，用棉签沾一点脱漆剂，抹在线头上，过一会儿，漆就掉下来了，就可以焊了。

　　E)，再后在整个绕组的外面包几层高温胶带，绕好的线包外观要饱满平整。

　　F)，现在可以插磁芯了，插磁芯之前要对磁芯的对接面做清洁处理，我是用胶带粘几下，把磁芯对接面的粉末全清洁干净，插入磁芯，用胶带扎紧，有条件的话对磁芯对接处用胶水做固定。

　　我发现用这种方法绕制的变压器漏感比较小。以前用铜带绕制，漏感一般在0.8uH以上，现在可以做到0.4uH以下。我想原因是：因为铜带要焊引出线头，这样就留下了一个锡堆，再绕高压绕组时，中间就有一个空隙，导致耦合不紧。下图为测试漏感示意图。

　　如果有条件，一定要做一个耐压测试，任一个低压绕组对高压绕组的绝缘要在1500V以上，这样才可以放心使用。3. AC输出滤波磁环

　　对于象我这样纯手工打造的爱好者来讲，这个磁环的绕制也是十分头痛的事。

　　磁环是采用直径40MM的铁硅铝磁环，用1.18的线，在上面穿绕90圈，线长约4.5米，如果用导磁率为125的磁环，电感量大约在1.5mH，用导磁度为90的磁环，电感量大约在1mH左右。我做过试验，用二个这样的磁环，每个电感量在0.7mH以上就可以正常工作了。绕制时分二层，第一层，45圈，因为磁环外圈和内圈的周长不同，所以第一层绕时，内圈的线要紧密排列，而外圈的线是每圈之间留有一个空隙的。绕第二层时，内圈是叠在第一层线上，外圈是嵌在第一层线的空隙中，这样绕出来的线圈才好看。当然，好象是否好看，也不影响使用。下面是我在淘宝上买过磁环的网店(无意为商家做广告，只是方便朋友们采购)。注意，绕这个磁环时，一定要戴手套，否则，导线会让你勒出血泡的。

4.散热风扇

　　本机前级功率管和H桥的功率管都用风扇散热(安装方法下面再详述)，这是一种小型仪表风扇，比电脑上的CPU风扇还要小一点，实验证明，在600W输出的情况下，H桥的4个功率管散热不成问题，但前级的二个功率管好象散热不够一点，如果有可能，最好用大一点的风扇。

　　这风扇也是在淘宝网上买的，但现在这家店中好象没有了，只能用其它差不多的风扇代替了。

　5.其它还有一些小配件，也做一个图解：

　三、安装与调试：

　　本机的安装调试并不复杂，但安装前必须做到二点：

　　1.所有元器件必须是好的，器件的耐压和工作电流一定要够，尽可能用新器件，有条件的话装前对元器件作一番测试。

　　2.PCB质量一定要好，装前最好仔细地检查一下，有没有铜箔毛刺引起的短路等。

　　下面我讲一讲各板子的安装过程要注意的事项：

　　1.功率主板：

　　功率主板的安装，因为都是一些大器件，所以安装是比较方便的。

　　大功率管的安装：先把大功率管的脚弯成如下图所示的样子，然后把管子金属面朝上，将管脚插入焊接孔，在功率管的金属面上涂一点导热硅脂，再覆盖一层矽胶片做绝缘。再把散热器盖上，从PCB下面升上来一个M3的螺丝，拧在散热器，并拧紧，这样，散热器就紧紧压在大功率管上了，再在反面把管脚焊好。这种装法，主要是更换功率管比较方便。

　　PCB板上的有几个元件是要装在反面的，即铜箔面，见下图黄色的圈内的元件。

　　如左边的R10 R11 R12，C15 C16 C17，是DC-DC升压电路的吸收回路，因为本机前级用的是准开环，如果变压器漏感不大，这六个元件可以不装，我的样机就没有装。

　　右边黄色圈内的C14，是一个CBB电容，224/630V，是跨接在H桥的正极和负极之间的，主要作用是滤除高压母线上的各种干扰及毛刺，这个电容不能省，我在装这台样机时，开始就是因为想省了这个电容，莫名其妙地烧了一个H桥的MOS管，后来经钟工提醒装上这个电容，就平安无事了。

　　快恢复二极管，都装上一个小散器，散热器上有一个脚也插入PCB，反面焊好，起到固定二极管的作用。这四个二极管的位置，我在画PCB时就作了散热考虑，把它放在H桥的风扇的出风口，让风扇吹着，所以一般不会太热。

　　前级因为电流很大，所以PCB的反面有6MM宽的留锡层，在装好全部元件后，在PCB引出线孔中插入4根6平方的电线(最好二红二绿，便于区别正负)，再在反面留锡层上，用100W左右的烙铁进行堆锡，一般要堆到1MM厚才可以。

　　上图二个绿圈中是风扇插座，红圈中是一个5X20的保险丝座。

　　前级低压电解和后级高压电解，最好能买到高频低阻的。

　　功率主板，如果元件是好的，一般不用单独调试。

　　2.DC-DC驱动板：

　　这块驱动板，没有什么难度，只要元件是好的，且没有装错东西的话，一般可以一次开机成功。

　　板子装完后，接入12V直流电，见上图，按一下S1开关，驱动板就开始工作了，测一下工作电流，一般应该在40MA左右，将示波器探头接到图中PWM输出处，应该看到二路互为相反的 PWM波输出，频率在28K左右，幅度为12V。因为这块板子，当初我画的时候，是和我的1000W机通用的，所以，插针处有二对输出，但在600W机中只用了左边的一对。3. SPWM驱动板

　　SPWM驱动板，因为元器件较多，所以，安装时一定要细心，元器件不能有问题，也不能装错。特别是板上的高速隔离光藕TLP250，买时一定要注意质量，现在淘宝上的价格很乱，我曾经买到很便宜的，全新的才2.8元一个，结果发现是打磨后重新印字的假货。一般我认为，全新东芝原装的，价格应该在5-6元的才是真的。

　　装好板子后，按下图接上12V电源，总电流应该在120-130MA左右。

　　测C22二端应该在19V左右，C23二端为15V，说明升压电路部分基本正常。这时，就可以用示波器在SPWM输出端测到SPWM波形，见上图右边的引出脚。(注意：因为二个上管是自举供电的，所以，在没有接H桥的情况下，只能测到二个下管的SPWM波形，二个上管的波形暂时测不到的，这是正常的)。

　　4.整机调试：

　　为了安全起见，一般是前后级分开来调试，等把前后级都调好了，再联起来调试，就方便了。

　　A).前级的调试：

　　先在电瓶的引线上接一个15A的保险丝，功率主板上的高压保险丝不要装，这样，前后级就分开了。插上前级DC-DC驱动板，把万用表直流电压700V档接在高压电解二端，开机(按一下DC-DC驱动板上的ON启动开关)，前级就启动了，功率主板上的高压指示LED就亮了，这时，看直流高压为几V。调试 DC-DC驱动板上的R12多圈电位器，使高压输出在370-380V之间。此时，12V的电流应该在200MA之内，说明前级正常。这里如果看D极波形，应该是杂乱的波形，因为是空载限压的状态下，这样的波形是对的。

　　这里，可以稍稍为前级加点负载，可以用二个100W220V的灯泡串联起来，接到高压解的二端，这时电瓶电流可达到12A左右，让它工作一段时间，看看前级功率管有没有温升，如果温升不明显，可以把电瓶保险丝换大点，继续加大负载，一般在功率管散热正常的情况下，前级可以加到600W左右。在加载的情况下，再看D极波形，应该是正常的方波，稍有点尖峰是没有关系的，如果尖峰过大，说明变压器制作不过关，要重新绕制。

　　B).后级调试：

　　调好前级后，再把前级的DC-DC驱动板拔下，在功率主板的高压保险丝座上，装上一个1A左右的保险丝，在高压电解二端接上一个60V左右的电压，作为母线电压，我是用一台双组的30V电源串起来当成60V用。插上SPWM驱动板，如果电路没有问题，这时，在AC输出端就可以测到正弦波了，电压大约在40V 左右，可以接一个36V60W的灯泡做负载。

　　C).联机

　　在前后级都正常的情况下，可以把前后级联起来，完成整机调试。

　　把前级的DC-DC驱动板重新插上，后级AC输出端的负载去掉，接上示波器(示波器最好用1：100的高压探头)和万用表(AC700V档)，把高压保险丝换成一个0.5A的。下面要做的事是：开机!即按一下DC-DC驱动板的启动开关，成败在此一举，如果后级元件耐压没有问题，此时，应该在示波器上看到正弦波了，波形应该很漂亮。这里，调整SPWM驱动板的多圈电位器R7，就可以看到输出电压在变化，把它调在225V左右停下。

　　当然，如果元器件性能不好，或者安装不到位，这时不是冒烟，就是冒火了!

　　让机器空载工作一段时间，如果没有出现意外，可以把高压保险丝换成2A的，慢慢加大负载，一般是100W，200W，400W，一步一步地加，每加一点让机器老化一段时间，同时要密切注意前级功率管的温升，如果温度过高，要查出原因。

　　我在装这台样机时，曾遇到过300W以下一切正常，加到300W以上，H桥管子就有一个烧掉，也曾请钟工张工帮我诊断和查找原因，后来是加强了高压直流和SPWM板电源的滤波就一切正常了。