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适用48V电池系统,芯仙方案2200W双向AC-DC逆变器参考设计解析
来源:充电头网 发布时间2023-08-24 13:00:17    

前言


(相关资料图)

芯仙能源技术有限公司推出了一款2200VA的双向逆变器,其采用数字芯片控制,逆变模式下额定输出电压为220V,支持200-240V调节,额定输出功率为2400VA,峰值输出功率为4800VA。整流模式下具备1600W输出功率,支持40-58.8V输出,具备涓流充电,输出过流保护和过电压保护。

双向逆变器设有主动散热风扇,在整流模式和逆变模式下的满载效率均高于93%,并具备UPS功能,可用于48V电池组的储能,直流微网,V2G逆变等新能源应用场景。下面充电头网就对这款双向逆变器进行解析,展示这款双向逆变器的设计和用料。

芯仙方案2.2kW 双向AC-DC逆变器外观

模块正面一览,右端设有一排接线座子,板子中间设有垂直的PCB小板,开关MOS管均设有大型散热片辅助散热。

主板背面电路设计规则,芯片等大小器件焊接干净利落,整体工艺水准好。

使用直尺测量逆变模块长度。

测得逆变模块长度约为278mm。

逆变模块宽度约为127.2mm。

逆变模块厚度约为45.9mm。

测得重量约为1665g。

芯仙方案2.2kW 双向AC-DC逆变器解析

看完了芯仙这款双向逆变器的外观,下面就开始详细解析这款双向逆变器的用料和设计。

逆变器PCBA模块正面一览,左侧为逆变模块的接线端子,在模块中间焊接一块控制小板。模块左下方为直流接线柱,开关管散热片,变压器,谐振电感,谐振电容,右下角为全桥LLC开关管散热片。在散热片上方是三颗高压滤波电容,上方散热片为IGBT散热。在散热片上方为PFC电感,向左焊接EMI滤波电路和切换继电器。

PCBA模块背面大电流走线露铜加锡,增加载流。还焊接两颗驱动器芯片用于低压MOS管驱动,四颗隔离驱动器用于全桥LLC开关管和IGBT驱动,焊接两颗电流检测芯片用于电流检测。

逆变器PCBA模块侧面一览,左侧黑色接线柱连接交流输入输出导线,右侧接线柱用于连接直流正负极,黑色接线柱两侧焊接多颗蓝色Y电容。

直流端正负极接线端子特写。

正极采用两颗80A保险丝并联,进行过流保护。

直流端负极5颗1mΩ电阻并联检测电流。

滤波电容来自JSH万京源,PZ系列固态电容,规格为330μF 63V。

共使用五颗并联。

在固态电容背面还并联MLCC电容滤波。

用于驱动低压MOS管的驱动器来自MPS,型号MP1924A,是一颗耐压100V的高频半桥驱动器,芯片内置自举二极管,上下管支持独立控制,采用SOIC-8封装。在驱动器外围使用三极管组成半桥扩流,增强驱动能力。

另一颗MP1924A驱动器特写。

侧面为电池端开关管散热片,侧面焊接变压器,谐振电感和谐振电容,右侧散热片为全桥LLC开关管。

电池端开关管来自英飞凌,型号IPP023N10N5,NMOS,耐压100V,导阻2.3mΩ,采用TO220封装。

另一侧也采用相同型号的MOS管,共使用八颗组成全桥。

在散热片侧面使用螺丝固定热敏电阻,检测开关管温升。

升压变压器采用铜片和多层绝缘线绕制,输出线上穿过磁环进行电流检测。

谐振电感采用利兹线绕制。

三颗并联的谐振电容来自厦门法拉电子,为MMKP82系列双面金属化聚丙烯膜电容器,体积小性能强,规格为0.022μF 1000V。

侧面为两片散热片,中间为高压滤波电容,右侧为PFC电感。

散热片上固定四颗NMOS,为全桥LLC开关管。

在散热片侧面使用螺丝固定热敏电阻,检测开关管温升。

开关管来自光电子,型号SJMN099R60ZSW,超结NMOS,耐压600V,导阻86mΩ,采用TO247封装。

逆变器内部使用两颗纳芯微 NSi6602BD 隔离驱动器用于MOS管驱动。

在两片散热片中间是高压滤波电容,来自FOAI法拉电子,规格为450V 560μF,使用三颗并联。

在另外一侧为PFC电感,滤波电感和滤波电容,继电器等元件。

在PFC电感后面的散热片上是四颗输出调制的IGBT。

IGBT来自TRinno特瑞诺,型号TGH40N65F2DS,规格为650V 40A,采用TO247封装。

IGBT的散热片上也设有热敏电阻检测温升。

逆变器内部使用两颗纳芯微 NSi6602BD 隔离驱动器用于IGBT驱动。

电流传感器芯片来自ACEINNA新纳,丝印MCA11503,型号MCA1101-50-3,是一颗50A量程,3.3V供电的隔离电流传感器,采用AMR各向异性磁阻技术。

PFC电感采用磁环绕制,底部使用电木板绝缘。

滤波电容与滤波电感特写。

一颗滤波电容来自STE松田电子,两侧为滤波电感和切换输入输出的继电器。

两颗继电器来自宏发,为HF175F系列,线圈电压12V,触点容量16A,用于逆变器切换输入和输出。

STE 松田电子 14D561K压敏电阻用于吸收浪涌。

用于输出电流检测的电流传感器来自ACEINNA新纳,丝印MCA11503,型号MCA1101-50-3,量程为50A。

模块交流输入输出端分别连接保险丝,进行过流保护。

交流输入输出接线端子特写。

蓝色Y电容来自STE松田电子。

在双向逆变器中间位置焊接一块控制小板。

逆变器控制小板焊接恩智浦数字信号控制器 MC56F81768MLH,芯片内置100MHz主频的56800EX DSP内核,内置 128KB Flash 和 20KB RAM,芯片内置两个运放,两个I2C接口,一个SPI接口和四个DMA通道。

另一颗数字信号控制器型号相同。

绿色NTC热敏电阻用于检测逆变器内部空气温度。

小板上焊接的供电变压器特写,侧面粘贴标签。

小板上的接线端子特写。

纳芯微 NSi8231 三通道双向数字隔离芯片用于两颗MCU之间通信。

两颗纳芯微 NSi8220 双通道双向数字隔离芯片用于两颗MCU之间通信。

SP485E用于485通信。

MCP6002I双运放来自微芯科技,用于信号检测放大。

SBR12100用于输出整流。

小板上焊接一颗滤波电容,规格为220μF 35V。

交流输入还为内置的辅助电源供电,共模电感采用漆包线和绝缘线绕制,底部采用电木板绝缘。

安规X2电容来自圣融达科技,规划为0.1μF。

整流桥采用插件焊接。

保险丝和滤波电容特写。

初级电源芯片来自通嘉,型号LD9175GN,是一颗多模式初级芯片,内部集成MOS管,采用DIP8封装。

开关变压器特写。

PCBA模块背面还焊接一颗贴片Y电容,来自STE松田电子。

两颗SBR12100肖特基二极管用于输出整流。

三颗钰邦 470μF 16V固态电容用于输出滤波。

用于连接散热风扇的插座特写。

充电头网总结

芯仙能源技术推出的这款双向逆变器具备2400W逆变功率,并具备1600W充电功率,适用于48V电池系统的储能应用等场景。逆变器具备交流输入,过压欠压保护,输出过压,欠压保护,均支持通过软件配置。

这款双向逆变器为三有源桥设计,使用两颗NXP恩智浦MC56F81768MLH数字信号控制器进行整机控制。搭配使用MPS和纳芯微的驱动器用于开关管驱动。其中电池端开关管来自英飞凌,型号IPP023N10N5,高压MOS管来自光电子,型号SJMN099R60ZSW,IGBT来自特瑞诺,型号TGH40N65F2DS。

电池端滤波固态电容来自JSH万京源,高压滤波电容来自FOAI法拉,采用新纳MCA1101-50-3电流传感器进行电流检测,逆变器输入输出端和电池端均配有保险丝进行过流保护,导线通过端子连接,便于组装使用。这款双向逆变器的内部做工和用料都很扎实,并且具有完善的全套保护功能,满足48V平台新能源应用。

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