12V300W单极性隔离纯正弦波逆变器设计报告

一、机器基本参数

标称功率：300W ；持续功率：250W ；峰值功率：600W ；

输出电压：输出为单相220VAC（有效值），频率为50±1Hz。

整机效率：87% 以上；300次开机短路，200次短路开机；

过载保护 500W ；短路立即保护；欠压告警10.3V 延时1.5S；

欠压保护10V 立即关断；过压保护15V 立即关断；过热保护：65℃

二、此款逆变器的基本情况（架构，组成）

总体来说，这是一款12V单极性隔离纯正弦波逆变器，这款逆变器由三大部分组成：前级驱动板；后级驱动板；功率板。

1、前级驱动板主要是由三个部分组成，供电电源部分，PWM 驱动部分，和过欠压保护部分；

2 、后级驱动板主要由三个部分组成：SPWM 信号的产生（单片机EG8010）部分，IR2110的驱动部分，和过流保护保护部分。（详解请见EG8010 SPWM芯片数据手册）

3 、功率板主要组成部分：功率板主要包括了前级反接保护，DC-DC推挽升压，整流滤波和H桥逆变部分；还包括了过流保护电路，准闭环反馈部分和欠压告警电路等小部分。

三、电路结构及原理分析

1、前级驱动板

A 、供电电源部分

　在前级驱动电路中，BT输入电压范围为10～15V，而SG3525工作电压范围宽为 8～35V，LM358单电源电压范围宽为3～30V，所以BT电压足以驱动两块芯片，所以前级供电电源部分可以直接使用BT供电。

　 B 、PWM 驱动部分

如上图所示，电路由SG3525产生PWM信号，当这部分电路接入12V 的电源后，SG3525得电，进而由内部振荡器和外部振荡电容C4、电阻R5及死区时间设置电阻R8构成的振荡电路产生钜齿波，为整个IC提供时钟源，让IC进行工作状态，因为接入了开机软启动电容C6。开机后输出的矩形脉冲是先从最小占空比变化到50% 的状态的，主要是保护此信号所推动的MOS 不是一开机步工作在较大的占空比状态，减轻了开机瞬间 MOS 的冲击压力。

SG3525芯片，其PWM信号由11脚和14脚且两脚输出，输出波形相位相差180度，互为反相。注意上图中在PWM1和PWM2两路信号中有两个10K 的电阻（R10和R11）将PWM 信号拉到地，这有什么用呢，其实这个下拉非常有必要，是给SG3525 的PWM 信号加一个假负载，使信号稳定不浮跃。在关机时不会因为一些静电而产生高电平，使功率板上的MOS 栅极同时产生高电平，在大容量电池供电情况下导通而炸管。SG3525管脚图如下（更多详解请见SG3525资料）

1.Inv.input(引脚1)：误差放大器反向输入端

2.Noninv.input(引脚2)：误差放大器同向输入端

3.Sync(引脚3)：振荡器外接同步信号输入端。

4.OSC.Output(引脚4)：振荡器输出端。

5.CT(引脚5)：振荡器定时电容接入端。

6.RT（引脚6）：振荡器定时电阻接入端。

7.Discharge(引脚7)：振荡器放电端。

8.Soft-Start(引脚8)：软启动电容接入端。

9.Compensation(引脚9)：PWM比较器补偿信号输入端

10.Shutdown(引脚10)：外部关断信号输入端。

11.Output A（引脚11）：输出端A。

12.Ground(引脚12)：信号地。

13.Vc(引脚13)：输出级偏置电压接入端。

14.Output B（引脚14）：输出端B。引脚14和引脚11是两路互补输出端。

15.Vcc（引脚15）：偏置电源接入端。

16.Vref(引脚16)：基准电源输出端

在此电路中SG3525的电压反馈采用了准闭环调制。其原理是，由SG3525的16脚产生的+5V经R9和R4分压提供，给SG3525 的2脚引入一个固定基准电压，1脚接前级升压后的高压分量HV，当输出高压的分量HV大于2脚上的固定值时，SG3525内部误差放大器将会将大于2脚的电压的变量作为误差，对其进行放大，误差放大的量来对PWM 的占空比进行调制，使逆变器在开机空载时有一个很小的静电流。做好这一功能的原则是，在空载时能使PWM 的占空比达到最小，在带载的时候要马上将占空比拉到最大，使用电路工作在最高效率状态。

　　C、过欠压保护部分

如上图所示，保护部分的电路由LM358完成，这个保护电路是一个简单的窗口比较电路，只包括了过压保护和欠压保护。工作原理分析如下：因为BT输入电压范围为10～15V，当BT低于10V时为欠压，BT高压15V时为过压，所以设置USW=10V欠压时，U1为欠压保护基准点，当USW=15V过压时，U2为过压保护基准点。如上图由+5V供电，R7,R14，R22设置比较器的基准电压U1、U2。

　　欠压保护：当SW端电压USW≦10V时，LM358的6脚电压Usw1就会低于5脚电压U1，7脚输出高电平，即SD控制脚为高电平，所以SG3525的10脚控制脚SD为高电平，以致关断PWM信号输出。

　　过压保护：当SW端电压USW≧15V时，LM358的3脚电压Usw2就会高于2脚电压U1，7脚输出高电平，即SD控制脚为高电平，所以SG3525的10脚控制脚SD为高电平，以致关断PWM信号输出。

　　注意：如上图，R20和R21很重要，都为1M电阻。在电路中起到正反馈的作用，使LM358构成滞回电路。有效的减少开关振玲；调节电位器R22可以改变滞回电路的阈值及回差大小。

2、后级驱动板

【认真阅读EG8010 SPWM芯片数据手册中的引脚描述，根据所需功能选择引脚的功能参数。】

1）电源供电部分：

由+5V给EG8010供电，需要+5V稳定的电源为后极板供电；由+15V给IR2110S芯片供电。该电源部分主要由变压器的辅助电源经全波整流、滤波和稳压之后产生,如下图所示（该部分在功率板上）：

2）SPWM部分

　　A 、SPWM的产生

主要由单片机芯片EG8010产生。（详解请见EG8010 SPWM芯片数据手册）

　 B、保护部分

1）过流保护检测：

电路参照《EG8010 SPWM芯片数据手册》6.2 EG8010+IR2110S+闭锁纯正弦波逆变器典型应用电路图（单极性调制方式）

　　用RS电流采样法，即在后级功率H桥的下管S极到功率地串接采样电阻，当出现过载或短路时，会有较大电流流过采样电阻，进而产生压降，运用专业比较器采集此压降和一个固定阈值进么比较，大于此值时输出高电平，而后引这个高电平来做保护关断信号，在过载的时候关断前级PWM 和后级SPWM 驱动信号，保护前后级MOS管不因过大电流而损坏。

　　将采集到的信号，经滤波之后分两路走，一路经R38和C24组成的延时网络进行短暂的延时之后，再控制单片机EG8010的14脚IFB，判断是否关断SPWM信号；一路引入比较器LM393的3脚与2脚的基准电压比较之后，再由比较器的1脚产生的信号来控制两块IR2110S的13脚SD端。

　　因为在带感性或容性负载时，刚接入负载时冲击很大同，此时的功率可能会超过逆变器所设计的过载功率，但又不能一过载就关断，所以在接入比较器前将信号进行RC (R7、C21)延时，如果在延时时间后仍然过载就关断了，如果没有没有过载就继续工作，这样就有利于逆变器稳定有效的带动冲击性大的负载。在上图中.短路保护和过载保护的方式类似,短路保护就是严重过载,只是在过载时延RC 常数要设置在短路后后级H 桥不烧MOS 的范围内就可。

　　2）输出电压反馈调整：由于本电路为单极性逆变电路，所以在单极性调制模式下，EG8010芯片的电压反馈是通过13脚VFB测量逆变器的交流输出。

如下图所示：对高频臂进行信号采集，采集后接EG8010的13脚VFB端口，对输出电压值作出相应调整。

　　3）温度检测反馈：EG8010芯片15脚TFB用来检测逆变器工作温度，主要用于过温检测和工作温度液晶显示作用。选用25℃对应阻值510Ω的热敏电阻；如果不使用温度保护功能，该引脚需要被接地。

4）风扇控制：

EG8010芯片的7脚FANCTR为风扇控制端，该电源部分主要由辅助电源经半波整流、滤波提供，,如下图所示（该部分在功率板上）：当芯片15脚TFB引脚检测到温度高于45℃时，芯片7脚FANCTR端输出高电平，三极管S8050集电极和发射机导通（三极管为开关作用），风扇运行，运行温度低于40℃时，芯片7脚输出低电平，风扇停止工作。

5）死区时间设置：EG8010芯片的1脚DT1和2脚DT0是控制死区时间，死区时间控制是功率MOS管的重要参数之一，如果没有死区或死区时间太小会导致H桥上下管同时导通而烧毁MOS管的现象，如果太大会导致波形失真及功率管发热严重的现象。详见EG8010 SPWM芯片数据手册引脚描述，根据需要选择死区时间。

C、IR2110S的驱动部分：

IR2110S驱动电路是典型的应用电路。其工作原理就不多讲了，大家可以自己下载电路图后分析。（更多即可网上搜索IR2110资料）

管脚图及引脚名称：

LO （引脚1） :低端输出

COM（引脚2） :公共端

Vcc（引脚3） :低端固定电源电压

Nc （引脚4） :空端

Vs （引脚5） :高端浮置电源偏移电压

VB (引脚6) :高端浮置电源电压

HO （引脚7） :高端输出

Nc （引脚8） :空端

VDD（引脚9） :逻辑电源电压

HIN（引脚10）:逻辑高端输入

SD（引脚11） :关断

LIN（引脚12）:逻辑低端输入

Vss（引脚13）:逻辑电路地电位端，其值可以为0V

Nc（引脚14） :空端

3、功率板部分

A、前级反接保护,如下图所示：

上图中场效应管为IR1404（TO-220封装）N沟道MOS管，MOS管通过S管脚和D管脚串接于电源和负载之间，电阻R44=10Ω和R13=10K为MOS管提供偏置电压，利用MOS管的开关特性控制电路的导通和断开，从而防止电源反接给负载带来损坏。正接时候，R44提供栅极电压Vgs，MOS饱和导通。反接时Vgs不能达到MOS的开启电压，MOS不能导通，所以起到防反接作用。

B、供电电源部分

因为本电路是隔离电路，所以前后两级都应用不同的电源供电。所以前级用78L05（TO-92）供电，后极用7815(TO-220)和7805(TO-220)供电（见前面后极驱动电源供电部分）。如下电路图所示：

C、DC-DC推挽升压，整流滤波和H桥逆变部分：

该机的BT电压为12V，满功率时，前级工作电流可以达到25A以上，DC-DC升压部分用了一对IR1404（TO-220）封装的功率管。主变压器用了EI406（立式）的磁芯。前级推挽部分的供电采用对称平衡方式。高压整流快速二极管，用的是HER308。电感式27MM、2.2mH的磁环，高压滤波电容是100uF/450V的大电容，此电容在允许的情况下，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桥逆变部分用的是4个FDP18N50，耐压500V，最大电流18A，前后级MOS管都非常充足，H桥部分的电路采用的是常规电路。　

D、准闭环反馈部分，如下图：

　　前级电压反馈采用了光耦PE817控制TL431做隔离准闭环反馈电路。通过电阻R43和R4对400V高压进行采样后，与TL431内部基准电压1.25V进行比较，达到控制TL431的导通和关断，再通过光耦控制HV的电压，从而控制前级SG3525输出信号的作用。R12、C7与TL431内部比较器构成积分电路。

E、过流保护电路，如下图所示：（该方法即是做过载保护功能）