如何用示波器看spwm(什么情况下使用示波器)?如果你对这个不了解,来看看!
萧山老寿精品之作 600W正弦波逆变器制作详解 献给逆变器初学者,下面是科技宅神给大家的分享,一起来看看。
如何用示波器看spwm
这台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淘宝网上买到,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,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:
SPWM驱动板原理图
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:
DC-DC驱动板原理图
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
TDS2285
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。。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,后来是加强了高压直流和SPWM板电源的滤波就一切正常了。
文章内容来源于电源网|DIY 大神 萧山老寿
什么情况下使用示波器
示波器是一种电子测试设备,用于测量和监视信号并在屏幕上直观显示。由电子管放大器、扫描振荡器、阴极射线管等组成。除观测电流的波形外,还可以测定频率、电压强度等。
首先,用户测量电压信号的垂直高度(幅度)和水平周期。将探头连接到示波器并将它们连接到电路中的测试点,就可以完成测试。
探头是一端带有香蕉接头可将其固定在示波器上的电缆,另一端连接到电路的测试点进行测量,然后将信号显示在屏幕上。探头也会连接到公共点或接地。
这些信号的示例可以是电压、电流或频率。从显示的信号中,可以发现其他测试设备(如数字万用表)可能无法看到的任何异常或问题。
示波器的类型
示波器有很多不同的类型,这里主要讨论桌面型、USB型和便携式(手持式)三种类型的示波器的性能差异。
桌面型通常用于设施或实验室环境中。手持式模型因其便携性和内置功能(如与地面隔离和耐用的设计),更适合差旅。USB型示波器可用于实验室或现场,由于它尺寸小且易于携带,并且能够与笔记本电脑或PC端连接,因此无需单独的屏幕。此外,该款示波器还需要购买软件才能在计算机上使用。所有示波器能够完成的功能都差不多。那如何决定选择购买哪种类型的呢?需要提前了解这些类型的示波器之间有哪些差异和特点。
尽管许多桌面型示波器看起来很相似,并且价格也相差无几,但它们无法自行检查高压。示波器配有低压无源探头。这些探头连接到示波器,通过测量电路上的点来查看信号。
探头上测量的电压是期望测量的信号,另一个是接地或公共电压,以0V为参考。这种公共电压也可以在示波器和插头内部接地。电压也较小,例如5V或24Vdc,电流较低。
如果需要检查更高的线路电压(如230Vac),或变频器为了获得更高功率而进行的脉冲宽度调制(PWM)的输出时,需要一个可选的探头。读取探头周边的预期电压水平至关重要。如果额定测量电压过小,它们可能会受到损坏。
地面也可以与其它探头连接。但必须隔离这些连接,以避免示波器受损,使接地电源短路或干扰其它信号连接。接地夹带电,测量信号与探头连接的电压进行比较。
当与没有接地的示波器一起使用时,应使用高压差分探头,以隔离接地。如果有人切断地线,让插头悬浮非常危险,此时如果有人接触到示波器并接触任何金属,那么这个人可能会受到电击,甚至会导致死亡。
这种高压差分探头不是标准功能,而是一种可选项。根据制造商的不同,每个探测费用平均会增加600美元至1300美元。这是需要在做出决定之前,审查所有选项非常重要的另一个原因。
手持式示波器是一个例外,因为它的设计旨在使用标准探头来检查高压和低压。与桌面型不同,该类型设备的设计和地面是隔离的,可防止触电。
选购示波器的8个因素
关键是要了解每个应用都需要什么。选择示波器时需要考虑以下8个因素:
1. 信号显示:示波器通常带有2个或4个、甚至更多的通道来连接探头。使许用户可以在屏幕上显示更多的信号以进行比较。
2. 电流探头:这些探头用于测量电线周围电场的电流,该电线连接到电机或电源侧。这可以显示当与另一条线或相位进行比较时的电流强度和任何不平衡。一些较高端的示波器在套件中会包含一个电流探头,而其它示波器则将其作为单独的附加选项。
3. 谐波测量:一些经济型的示波器将此作为附加选项或根本不作为附加选项。查看电路谐波可能很重要,因为它们可能会影响变频器等设备的性能。
4. 制造商:用户可能会选择他们熟悉的制造商而不是新制造商。需要做一些研究工作。因为对于某些特定应用,新制造商的产品可能更合适,并且更具成本效益。
5. 服务:与技术支持小组中的专员交谈。了解他们对自己产品的了解程度。询问具体产品及其特定功能。
6. 测试:请厂家提供产品演示。通常情况下,制造商会在购买前提供一定时间的试用期。他们也经常愿意见面回答问题。这也是了解供应商代表和支持能力的好机会。
7. 检查质保期:平均而言,典型质保期为1至3年。
8. 灵活性:该产品是否可以升级,或者这是一款即将被淘汰的旧型号吗?如果是后者的话,就可以解释为什么价格比较低。
一个设置简单、经济的解决方案,能够帮助用户选择适合的示波器,满足用户的应用需求,实现安全、稳定和高效的运行。