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使用全国产器件制作一个48V/5KVA的逆变器

对逆变技术一直很感兴趣,一直想正儿八经的做一个功率比较大的逆变器,但是总是被这样或那样的事儿给耽搁了,现在准备动手来实现一下。

暂定的构想:

输入电压:48V。

输入欠压:42V

输入过压:60V

输出电压:220V/50Hz

输出功率:5KVA,预计整机效率>0.9

保护方面就一些常规的保护功能,比如过温保护、短路保护,过载保护等等。

前级方案准备用全桥,因为是48V电池,满电的时候大概会有55V以上的电压,如果用推挽的话就需要选择150V以上的MOS管了,全桥的话使用80V或者100V的MOS管都是可以的,这样可选的型号也多了,缺点就是驱动设计比较麻烦。现在准备用HY4008或者HY3810,这两个都是常用的MOS管。

升压变压器准备用4个PQ5050的磁芯来搞定,粗略的算了一下,假定逆变部分效率95%,阻性负载足功率输出5000W的时候,前级需要输出5263W的功率,平均到每个变压器差不多1315W的功率,算上点儿效率,一个PQ5050出1400W的功率,变压器的功率余量应该还挺多的。

变压器的连接方式准备采用原边并联次级串联的方式,打算分别用四个H桥带四个变压器原边,这样的话每个   MOS都是均流的,不用担心某一颗MOS电流过大导致炸鸡。电流方面,在最低电压42V下,以0.9的整机效率计算,5000W输出时前级平均电流132A,一个H桥模块输入平均电流33A,电流不算特别大,变压器也好绕线。

关于前级闭环方面,现在一直在考虑是做开环的准谐振还是做全闭环,开环准谐振的好处就是前级MOS开关损耗小,次级二极管没有尖峰,控制也方便。全闭环的话母线电压可以做到很稳定,输入的纹波电流也不会有开环的那么大,但是次级尖峰处理起来比较麻烦。由于这个是自己做着玩儿的,所以也不需要啥指标,前级的话暂定使用开环谐振的方案,省事儿。

后级逆变就很简单了,一个经典的全桥逆变电路搞定,功率管打算用4颗650V的IGBT,型号YGW50N65F1,4颗理论上输出5KW的功率是够了的,输出电感准备用两个,一个桥臂一个,每个电感量500~600uH,两个串联起来就是1mH了,电感打算自己用铁硅铝磁环绕制,成品价格小贵,基本都在30~50一个,输出滤波电容用一个350V10uF的电容,然后再用一个互感器采集输出电流,后级基本就这样。

前级升压的驱动发波有两种方式,一种是使用可以堆成输出两路PWM的电源芯片,最经典的就是3525或者494了,国产的估计也是一大把,使用电源芯片发波主要是方便,电路焊接好了后就可以调试了,另外一种就是使用单片机来发波,单片机发波频率占空比修改都很方便,而且稳定度和精度都很高。现目前打算用一个单片机来搞定前级发波,选型暂定使用STC8H1K08,这个单片机自带8路PWM还有9路ADC,可以做很多功能了。

后级的SPWM芯片准备使用大家十分熟悉的APR9029,这个芯片老寿师傅在他的逆变实训营里用过,看起来确实不错,功能完善,引脚也少。

辅助电源方面,肯定还是经典的反激走起,辅助供电考虑只输出一组12V给前级,后级的驱动采用驱动小板的方式,驱动小板自带隔离供电变压器和驱动光耦,虽然成本会比自举驱动高很多,但是胜在安全,反正也是给自己做,不考虑增加的那几块钱成本~哈哈哈哈。具体的驱动芯片还在查找当中,要么一个集成的电源芯片搞定,要么一个PWM芯片+MOS搞定,个人更倾向于用集成电源芯片,毕竟省事儿。

差不多初期方案就这样,都是一些常用的线路和器件,所以做起来应该没啥大坑~~~,争取明天功率部分的原理图画完,哈哈哈~

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2023-07-09 18:10

速速更新

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2023-07-10 00:32

2023.7.10 更新一波

本来准备今天把原理图画一画的,但是中午睡了一觉后脑壳晕忽忽的就没画了,哈哈哈~顺便找老板部电影来犒劳下自己。晚上的时候突然心血来潮想把变压器先折腾折腾说干就干,翻出很久以前就买好的铜带和磁芯开整

先给铜带包好高温胶带,用来做绝缘

再把两头的胶带剥开,用来焊接铜线

然后找合适的铜丝用来做引线

直接开焊,友情提示,此处烙铁最好使用高频焊台,不然不好焊接。用了6根0.8的线

下面就是传统手艺了,不用绕线机,直接手绕,铜带长度刚刚好,绕完后首尾刚好在同一个位置,初级一共绕了8匝,用的是0.2*30的紫铜带,截面积6平方,过30A的电流是没问题的。

初级完事儿后就是次级,变比现在设置的,是1:8,由于是四个变压器次级串联,所以次级只需要16匝就可以了

接下来就是测试感量,初级大概有174uH,次级有个784uH,算下来次级绕了17匝,绕多了一匝,影响不大

然后又测试了一下次级漏感,因为需要使用它来做准谐振的谐振电感,所以它的值很重要,100K和40K频率下漏感一样的,都是3.2uH,四个串联的话就是12.8uH,应该够用了。

绕变压器确实是个费时间的活儿,就这么一个小小的变压器,折腾了我两个多小时,主要是铜带不好弄。看这周能不能把原理图搞完,平时还要上班,所以也只能抽空来搞。

买的磁环也快到了,到时候再把输出电感绕出来,再把PCB封装一画,就可以规划PCB板了。哈哈哈哈~

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2023-07-11 06:18

坐等大师更新。

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Kira
LV.6
5
2023-07-11 10:48
@川理学子
2023.7.10更新一波本来准备今天把原理图画一画的,但是中午睡了一觉后脑壳晕忽忽的就没画了,哈哈哈~顺便找老板部电影来犒劳下自己。晚上的时候突然心血来潮想把变压器先折腾折腾说干就干,翻出很久以前就买好的铜带和磁芯开整先给铜带包好高温胶带,用来做绝缘[图片]再把两头的胶带剥开,用来焊接铜线[图片]然后找合适的铜丝用来做引线[图片]直接开焊,友情提示,此处烙铁最好使用高频焊台,不然不好焊接。用了6根0.8的线[图片]下面就是传统手艺了,不用绕线机,直接手绕,铜带长度刚刚好,绕完后首尾刚好在同一个位置,初级一共绕了8匝,用的是0.2*30的紫铜带,截面积6平方,过30A的电流是没问题的。[图片]初级完事儿后就是次级,变比现在设置的,是1:8,由于是四个变压器次级串联,所以次级只需要16匝就可以了[图片][图片]接下来就是测试感量,初级大概有174uH,次级有个784uH,算下来次级绕了17匝,绕多了一匝,影响不大[图片][图片]然后又测试了一下次级漏感,因为需要使用它来做准谐振的谐振电感,所以它的值很重要,100K和40K频率下漏感一样的,都是3.2uH,四个串联的话就是12.8uH,应该够用了。[图片]绕变压器确实是个费时间的活儿,就这么一个小小的变压器,折腾了我两个多小时,主要是铜带不好弄。看这周能不能把原理图搞完,平时还要上班,所以也只能抽空来搞。买的磁环也快到了,到时候再把输出电感绕出来,再把PCB封装一画,就可以规划PCB板了。哈哈哈哈~

初级8T有点多,4T应该就可以了

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2023-07-12 08:08
@Kira
初级8T有点多,4T应该就可以了

哈哈哈~其实最开始设计的时候是5匝的,后来考虑到家里还有72V的电池,所以就多了3匝

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2023-07-12 08:09
@双流马儿
坐等大师更新。

逆变器我还是个菜鸟,没搞过多少逆变器,平时要搬砖,一般只有周末来更新更新

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2023-07-31 11:57

坐等更新哈。

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ymyangyong
LV.12
9
2023-08-09 10:25

搬个板凳看直播

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2023-09-18 16:23
@川理学子
2023.7.10更新一波本来准备今天把原理图画一画的,但是中午睡了一觉后脑壳晕忽忽的就没画了,哈哈哈~顺便找老板部电影来犒劳下自己。晚上的时候突然心血来潮想把变压器先折腾折腾说干就干,翻出很久以前就买好的铜带和磁芯开整先给铜带包好高温胶带,用来做绝缘[图片]再把两头的胶带剥开,用来焊接铜线[图片]然后找合适的铜丝用来做引线[图片]直接开焊,友情提示,此处烙铁最好使用高频焊台,不然不好焊接。用了6根0.8的线[图片]下面就是传统手艺了,不用绕线机,直接手绕,铜带长度刚刚好,绕完后首尾刚好在同一个位置,初级一共绕了8匝,用的是0.2*30的紫铜带,截面积6平方,过30A的电流是没问题的。[图片]初级完事儿后就是次级,变比现在设置的,是1:8,由于是四个变压器次级串联,所以次级只需要16匝就可以了[图片][图片]接下来就是测试感量,初级大概有174uH,次级有个784uH,算下来次级绕了17匝,绕多了一匝,影响不大[图片][图片]然后又测试了一下次级漏感,因为需要使用它来做准谐振的谐振电感,所以它的值很重要,100K和40K频率下漏感一样的,都是3.2uH,四个串联的话就是12.8uH,应该够用了。[图片]绕变压器确实是个费时间的活儿,就这么一个小小的变压器,折腾了我两个多小时,主要是铜带不好弄。看这周能不能把原理图搞完,平时还要上班,所以也只能抽空来搞。买的磁环也快到了,到时候再把输出电感绕出来,再把PCB封装一画,就可以规划PCB板了。哈哈哈哈~

做好了吗?48V5KW 100A左右应该好做,不建议你用铁氧体做逆变器,建议你用50的非晶来做。

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