小型逆变器设计

逆变器变压器设计

       这个尺寸的铁淦氧磁心可以输出150瓦功率，（因为铁芯窗口尺寸较小，使用铜线的话最多可以达到200瓦功率）。

       220伏侧线圈漆包线取0.8毫米直径绕600圈，初级震荡线圈30*2圈，用纱包漆包线截面积2*1.5=3平方毫米。

       三极管基极反馈线圈12*2圈，用漆包线0.8直径。

       理由如下：

       按照150瓦功率考虑，

       次级220伏输出最大电流为0.682安培，查手册应该选择0.6毫米直径漆包线，但是留有余量10%，因此选择0.8毫米。

       初级主线圈电流12.5安培，考虑逆变器效率90%，实际电流可以达到15安培左右，因此选择3平方毫米截面积铜线。

       初级反馈线圈电流取十分之一主电流（三极管β=10-15考虑），1个安培左右。

       每伏匝数2.7 （按照磁通27000高斯计算）

       以上参数是参照《精选无线电小制作24例》中干电池日光灯电路逆变器变压器计算的，漆包线直径选择是根据《晶体管整流电路》常用漆包线载流密度表查得。

       如果这个铁心可以承受更大功率的话（我没有把握认为可以达到1500瓦），漆包线直径可以再适当放大尺寸,但是铁芯窗口有限，功率、电流也大不到哪去。

求逆变器变压器的设计计算方法

       逆变电源将直流电转化为交流，功率晶体管T1、T3和T2、T4交替开通得到交流电力，若直流电压较低，则通过交流变压器升压，即得到标准交流电压和频率。对大容量的逆变电源，由人直流母线电压较高，交流输出一般不需要变压器升压即能达到220V，在中、小容量的逆变电源中，由于直流电压较低，如12V、24V，就必须设计升压电路。

       中、小容量逆变电源一般有推挽逆变电路、全桥逆变电路和高频升压逆变电路三种。推挽电路，将升压变压器的中性抽头接于正电源，两只功率管交替工作，输出得到交流电力，由于功率晶体管共地边接，驱动及控制电路简单，另外由于变压器具有一定的漏感，可限制短路电流，因而提高了电路的可靠性。其缺点是变压器利用率低，带动感性负载的能力较差。

       全桥逆变电路克服了推挽电路的缺点，功率晶体管T1、T4和T2、T3反相，T1和T2相位互差180度。调节T1和T2的输出脉冲宽度，输出交流电压的有效值即随之改变。由于该电路具有能使T2和T4共同导通的功能，因而具有续流回路，即使对感性负载，输出电压波形也不会畸变。该电路的缺点是上、下桥臂的功率晶体管不共地，因此必须采用专门驱动电路或采用隔离电源。另外，为防止上、下桥臂发生共同导通，在T1、T4及T2、T3之间必须设计先关断后导通电路，即必须设置死区时间，其电路结构较复杂。

       推挽电路和全桥电路的输出都必须加升压变压器，由于工频升压变压器体积大，效率低，价格也较贵，随着电力电子技术和微电子技术的发展，采用高频升压变换技术实现逆变，可实现高功率密度逆变，这种逆变电路的前级升压电路采用推挽结构，但工作频率均在20KHZ以上，升压变压器采用高频磁芯材料，因而体积小／重量轻，高频逆变后经过高频变压器变成高频交流电，又经高频整流滤波电路得到高压直流电（一般均在300V以上）再通过工频逆变电路实现逆变。

       采用该电路结构，使逆变虬路功率密度大大提高，逆变电源的空载损耗也相应降低，效率得到提高，该电路的缺点是电路复杂，可靠性比上述两种电路低。

       上述几种逆变电源的主电路均需要有控制电路来实现，一般有方波和正弱波两种控制方式，方波输出的逆变电源电路简单，成本低，但效率低，谐波成份大。正弦波输出是逆变电源的发展趋势，随着微电子技术的发民，有PWM功能的微处理器也已问世，因此正弦波输出的逆变技术已经成熟。

       1、方波输出的逆变电源目前多采用脉宽调制集成电路，如SG3525，TL494等。实践证明，采用SG3525集成电路，并采用功率场效应管作为开关功率元件，能实现性能价格比较高的逆变电源，由于SG3525具有直接驱动功率场效应管的能力并具有内部基准源和运算放大器和欠压保护功能，因此其外围电路很简单。

       2、正弦波输出的逆变电源控制集成电路

       正弦波输出的逆变电源，其控制电路可采用微处理器控制，如INTEL公司生产的80C196MC、摩托罗拉公司生产的MP16以及MI－CROCHIP公司生产的PIC16C73等，这些单片机均具有多路PWM发生器，并可设定上、上桥臂之间的死区时间，采用INTEL公司80C196MC实现正弦波输出的电路，80C196MC完成正弦波信号的发生，并检测交流输出电压，实现稳压。

       逆变电源的主功率元件的选择至关重要，目前使用较多的功率元件有达林顿功率晶体管（BJT），功率场效应管（MOSFET），绝缘栅晶体管（IGBT）和可关断晶闸管（GTO）等，在小容量低压系统中使用较多的器件为MOSFET，因为MOSFET具有较低的通态压降和较高的开关频率，在高压大容量系统中一般均采用IGBT模块，这是因为MOSFET随着电压的升高其通态电阻也随之增大，而IGBT在中容量系统中占有较大的优势，而在特大容量（100KVA以上）系统中，一般均采用GTO作为功率元件。

微型逆变器的介绍

       微逆变器技术提出将逆变器直接与单个光伏组件集成，为每个光伏组件单独配备一个具备交直流转换功能和最大功率点跟踪功能的逆变器模块，将光伏组件发出的电能直接转换成交流电能供交流负载使用或传输到电网。

       当电池板中有一块不能良好工作，则只有这一块都会受到影响。其他光伏板都将在最佳工作状态运行，使得系统总体效率更高，发电量更大。在实际应用中，若组串型逆变器出现故障，则会引起几千瓦的电池板不能发挥作用，而微型逆变器故障造成的影响相当之小。

       微型逆变器几大优点

       1、尽量提高每一逆变电源模块的发电量，跟踪最大功率，由于对单块组件的最大功率点进行跟踪，可大大提高光伏系统的发电量，可提高25%。

       2、此外，每一模块都具备监控功能，降低系统的维护成本，操作更加稳定可靠。

       3、配置灵活，在家用市场可以按照用户财力安装光伏电池大小。

       4、无高压电、更安全，安装简单，更快捷，维护安装成本低廉，对安装服务商依赖性减少，使太阳能发电系统能由用户DIY。

       5、成本与集中式逆变器相比成本相当，甚至更低。

怎样饶制逆变器？

       简单逆变器的绕制方法：首先用纸盒或塑料片根据铁芯面积做一个线圈架.然后在线圈架上绕线圈.先绕初级,初级绕好后,用电容器纸或牛皮纸绕三层,做为初次级的绝缘,再绕次级,次级两个54圈（这个变压器输入是220伏，输出是双27V）按照这样可以得出每圈是0.5V，也就是初级是440圈绕成的.次级绕好后再绕二层电容器纸或牛皮纸与铁芯绝缘.然后插铁芯,可以三片铁芯一起交叉插.铁芯插好后通电试验,如果电压符合要求,浇绝缘漆烘干.线圈的层与层之间可用电容器纸或牛皮纸绝缘.初级用薄纸.也可不用.本人用此方做过好多变压器.运行效果良好.

       开关电源中高频变压器绕制：

       使用专用的变压器设计软件PIXls Designer和PI Transformer Designer，将需要的参数，如输入电压范围、输出电压要求、偏置电压大小、变压器估计功率、功率因数、额定负载、初级线圈层数、次级线圈匝数等参数输入，PI软件会根据用户输入的参数给出一个合理的变压器参数，然后设计人员就可以跟句给出的参数绕制变压器了，软件给出的会有以下参数：初级线圈、反馈线圈、次级线圈的层数、匝数、线经大小、绕制的方向、气隙大小、线圈与线圈之间的胶带的层数、骨架型号、磁芯型号、浸漆要求等。

       有了这些参数后就可以绕制变压器了，在绕制变压器之前先给骨架的脚编上一个号码，例如我们现在需要绕制一个输入电压是+24V，输出1是+9V，输出2是+15V的变压器，要求2输出端的功率都为1.5W，那么这个变压器的绕制方法如下：

       初级线圈的绕制方法：从引脚2开始，使用线径0.19毫米的漆包线绕骨架53圈，估计有两层，绕线应尽量平整。 在引脚1结束，绕完后用绝缘胶布裹两层。

       偏置线圈的绕制方法：从引脚5开始，使用线径0.13毫米的漆包线绕骨架27圈至引脚4结束，绕完后用绝缘胶布裹两层，再用一层绝缘胶布裹住除了引脚以外的其他所有有线圈露出的地方。

       9V端线圈绕制方法：用绝缘胶布裹在7脚与6脚底,使用线径0.35毫米的漆包线，从7脚开始绕20圈至6脚结束，用绝缘胶布裹两层。再用绝缘胶布裹住7脚6脚以外的绕线。

       15V端线圈绕制方法：用绝缘胶布裹在 10脚9脚底，使用线径0.19毫米的漆包线，从10脚开始绕34圈到9脚结束，用绝缘胶布裹两层，然后装上两快磁芯,在两磁芯中间放0.3MM厚的纸（即气隙，大约4层白纸厚度），压平后用胶布把磁芯与骨架裹在一起。（说明绝缘胶布均指4KV绝缘胶）

逆变器的设计应注意哪些？

       1、直流电压要一致

       每台逆变器都有接入直流电压数值，如12V，24V等，要求选择蓄电池电压必须与逆变器直流输入电压一致。例如，12V 逆变器必须选择12V蓄电池。

       2、逆变器输出功率必须大于电器的使用功率，特别对于启动时功率大的电器，如冰箱、空调，还要留大些的余量。

       3、正、负极必须接正确

       逆变器接入的直流电压标有正负极。红色为正极（+），黑色为负极（—），蓄电池上也同样标有正负极，红色为正极（+），黑色为负极（—），连接时必须正接正（红接红），负接负（黑接黑）。连接线线径必须足够粗，并且尽可能减少连接线的长度。

       4、应放置在通风、干燥的地方，谨防雨淋，并与周围的物体有20cm以上的距离，远离易

       燃易爆品，切忌在该机上放置或覆盖其它物品，使用环境温度不大于40℃。

       5, 充电与逆变不能同时进行。即逆变时不可将充电插头插入逆变输出的电气回路中.

       6、两次开机间隔时间不少于5秒（切断输入电源）。

       7、请用干布或防静电布擦拭以保持机器整洁。

       8、在连接机器的输入输出前，请首先将机器的外壳正确接地。

       9、为避免意外，严禁用户打开机箱进行操作和使用。

       10、怀疑机器有故障时，请不要继续进行操作和使用，应及时切断输入和输出，由合格的检修人员或维修单位检查维修。

       11、在连接蓄电池时，请确认您的手上没有其它金属物，以免发生蓄电池短路，灼伤人体。

奥迪E-tron和保时捷Taycan的逆变器设计

       周末我想聊一下E-tron和Taycan的逆变器设计，在这里和我们认知差异的地方有几个点：

       1）E-tron和Taycan采用的相似的逆变器设计，这个出自日立的设计，前后桥和两台车（400V和800V）里面都有很大的相似性

       2）400V和800V的主要差异，主要是对于IGBT功率模块的修改（IGBT芯片的耐压从700V扩大至1,200V以外），其他平滑电容器、电机控制器主板、电流传感器等主要零部件作为标准零部件开发这个事情还是挺意外的，我想从逆变器的开始来讲这个事情。备注：主要的信息来源是日本汽车工程师学会上“车载逆变器的高电压及大功率密度技术”，的讲演，Marklines上有关于这些内容的专题内容

       图1日立给奥迪开发的逆变器

       01

E-tron和Taycan的逆变器相似的地方

我们先列一下相似的地方：

       1）这两个逆变器都是由日立帮助奥迪和保时捷的工程师进行开发的

       2）都采用兼容的方式来做的，如下所示，Etron是通过集成安装的布置，Taycan是通过桥接器进行安装，这样同样的部件进行组合就可以得到不同的驱动桥

       图2E-tron和Taycan的前后桥逆变器

       02

       E-tron和Taycan的逆变器有差异的地方

       1）参数和使用

       E-tron的逆变器的电压覆盖范围为150V-460V，10秒持续的最大电流为530A，持续电流最大为260A，功率密度为30kVA/L，内部采用了三个IGBT模块（powermodules）。

       Taycan的逆变器的电压覆盖范围为450V-850V，分两种不同的类型逆变器300具有3个新型IGBT功率模块，最大相电流2秒额定为335A，持续工作电流为190A，功率密度为62.3kVA/L。逆变器600在功率单元上采用并联2个IGBT功率模块的方式来解决（一共搭了6个），最大相电流2秒额定为670A，持续工作电流为380A，均是前者的2倍，输出功率密度为94.3kVA/L。

       图3逆变器的参数

       如下图所示，三种逆变器的重量分别为8kg、7.4kg和10.5kg。

       图4Taycan的两个不同的型号

       从原理图里面，在滤波设计，被动放电电阻方面还有差异，E-tron只有一个主动放电的回路，Taycan还加入了一个被动放电。从放大电流的角度，Taycan可以做一个并联的考虑。

       图5逆变器原理图

       在整体内部的布置方面，由于在相似的体积下，Taycan需要提供6个IGBT的空间，所以两者在IGBT驱动板和控制板，IGBT的布置方向（E-tron是躺着、Taycan是立着），Busbar设计都有很大的区别。Taycan在功率模块开口处的AC/DC端子、信号端子以及直流端子，采用了2个正极、2个负极交互配置的结构，通过抵消由于反向瞬态电流引起的磁通，以降低寄生电感。

       图6两个逆变器的布置差异

       小结：保时捷确实用了SiC器件，但是部件主要用于充电部分，有详细信息我们后续也可以仔细关注下，我个人感觉Taycan很多地方是在开发中有的技术为了量产做了妥协，是性能优先为目标

       本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

逆变器pcb板设计标准是什么

       热管理，电磁兼容性。

       1、逆变器涉及高功率电子器件，因此热管理是非常重要的。PCB板的设计应考虑优化散热，包括适当的散热面积、散热铺铜、散热孔设计等。

       2、逆变器工作在高频环境下，因此电磁兼容性是关键考虑因素之一。PCB板设计应考虑减少电磁干扰、提供良好的屏蔽和接地设计，并满足相关的EMC测试要求。

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