12V1000W通用纯正弦波逆变器(原理图+PCB源文件) 电路方案

前言: 美国Vicor公司是现时世界最大的高密度电源模块生产商, 同时也是全球唯一能以零电压、零电流技术大批量生产电源模块的厂家。Vicor电源模块包括DC-DC、AC-DC电源模块,隔离、非隔离电源模块转换器。其中VICOR公司电源模块的核心技术是 “零电流”开关,它使变换器的工作频率达到 了1MHz,效率大于80%。 通用正弦波逆变器功能概述: 本逆变器可设计成12V、24V、36V、48V这几种输入电压,12V输入时功率可长时间达到1000W。该逆变器可应用于光伏等新能源,也可应用于车载供电,作为野外应急电源,还可以作为家用,即停电时使用蓄电池给家用电器供电。使用方便,并且本逆变器空载小,效率高,节能环保。 设计目标: 1、12V、24V、36V、48V通用。 2、12V输入可长时间带载1000W 3、12V输入时最高效率大于90%。 4、短路保护灵敏,可长时间短路输出而不损坏机器。 几种电压通吃是可以实现的,只需要改少量参数,就可以,PCB、原理图都是通用的。 12V输入时可以长时间带载1200W,已经超越了设计目标。 12V输入时最高效率为92%,也超越了设计目标。 机器短路保护也是相当灵敏,多次短路(空载短路,带载短路,短路开机),均没有损坏机器,连保险都没烧一个。 演示视频: 设计部分: 1、前级DC-DC驱动原理图 DC-DC驱动芯片使用SG3525,关于该芯片的具体情况就不多介绍了。其外围电路按照pdf里面的典型应用搭起来就OK。震荡元件Rt=15k,Ct=222时,震荡频率在21.5KHz左右。我比较喜欢用20KHz左右的频率,开关损耗小,整流管的压力也小些,有利于效率的提高。不过频率低,不利于器件的小型化,高压直流纹波稍大些,不过这个关系不大。电池欠压保护,过压保护以及过流保护在DC-DC驱动上实现。用比较器搭成自锁电路,比较器输出作用于SG3525的shut_down引脚即可。保护电路均是比较器搭建的常规电路。DC-DC驱动部分使用了准闭环,轻载时,准闭环将高压直流限制在380V左右,一旦负载加重前级立即进入开环模式,以最高效率运行。并且使用了光耦隔离,前级输入和输出在电气上是隔离开的,这样设计也是为了安全。下面就是DC-DC驱动电路原理图。 2、前级DC-DC功率主板原理图 DC-DC功率主板采用的是常规推挽,8只功率管每只管子单独的栅极驱动电阻,分别用图腾驱动这8只功率管。变压器次级高压绕组经整流滤波后得到直流高压。辅助绕组经整流滤波稳压之后给后级SPWM驱动板以及反馈用的光耦供电。 从原理图上可以看出,给前级驱动板供电采用了电压变换电路,输入为12V时,为了保证在电池电压较低时前级驱动也充足,用LM2577升到15V,输入24V时,用LM7815降为15V,输入电压大于36V时,只能用LM2576HV来给驱动板供电了。大家都知道,像LM7815之类的线性电源容易受到干扰,所以建议24V的也用LM2576。 从原理图中可以看出,辅助电源也用了LM7815,建议换成LM2576。我这次弄的时候也会用LM2576,把LM2576做在一块小板子上,最后输出三根线,和LM7815兼容。 关于前级驱动变压器的功率管选择,耐压值经验选择为输入最高电压*2.4,即当12V的机器,输入电压最该为14.5V,14.5V*2.4=34.8V,所以,12V的机器可以选耐压35V的MOS。当然,这么选择是有前提的,就是你的变压器绕制工艺不能太差,漏感、分布参数不能太大,否则MOS会被变压器产生的尖峰搞没的。如果变压器绕制过关,可以选择耐压小点的管子,一般来说,电流相同,耐压更高的管子输入电容更大,内阻也更大。但如果变压器绕的不咋样,乖乖选择耐压高些的MOS。下面给出各种电压选择管子的参考: 12V输入,4对IRF4104;24V输入,4对IRFP3710;36V输入:3对IRFP3710;48V输入:3对IXFH58N20 。我给出的这些管子并不是最合适的,但是这些管子都是我用过的,并且留有足够余量,没啥问题的。 下面是DC-DC功率主板原理图。 关于变压器,打算用一个EE55来完成。12V输入时,初级2T+2T,单边用1.0的漆包线14跟并绕,截面积达到11*2=22平方毫米,过100A的电流没问题了。次级1根1.0的漆包线绕60T,辅助绕组用0.8的漆包线绕4T。变压器用三明治绕法,即次级、初级、次级、辅助。关于变压器的具体绕制,后面再说。 做24V输入的,EE55,初级4T+4T,单边用1.0的线8根并绕。次级1根1.0的漆包线绕60T,辅助绕组用0.8的漆包线绕4T。 做36V输入的,EE55,初级6T+6T,单边用1.0的线8根并绕。次级2根0.9的漆包线绕60T,辅助绕组用0.8的漆包线绕4T。 做48