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【 DigiKey DIY原創(chuàng)大賽】震驚---本站首個2KW雙向逆變器

本次DIY作品為“2KW雙向逆變器”可以將220VAC市電轉換成48V直流給電池充電,同時也可以將48V直流電轉換成220V交流電給家用電器供電,智能切換。

應用場景:

1,像我這樣不喜歡電車的人很多,油車上又沒有220V大功率交流電輸出。把家里買菜的兩輪電瓶車騎過來,用此逆變器把電池直流電轉換成220V交流電,就可以接大功率吸塵器、大功率抽吸一體機打掃汽車內飾了。

2,兩輪電動車應用:本逆變器,在家里可以給兩輪電瓶車充電;在戶外,騎電瓶車去野外玩耍時,可以將電瓶的電轉換成220V交流電,約兩位道友煮茶、做飯、炸串、炒個小菜、煮個小火鍋。

前言

在人生的長河中,總有一些節(jié)點如同璀璨星辰,照亮我們前行的道路。對我而言,20歲那年踏入電源網(這是我網名的由來),無疑是我技術探索之旅的啟明星。時光荏苒,轉眼間,這段旅程已伴隨我走過了十三個春秋,它不僅見證了我的成長與蛻變,更讓我有幸結識了一群志同道合的朋友。

初入電源網,我還是個毛頭小子。這個充滿智慧與激情的平臺,仿佛是為我量身打造的知識寶庫。在這里,每一個帖子都蘊含著前輩們的經驗與智慧,每一次交流都激發(fā)著我對未知領域的渴望。我如饑似渴地吸收著這些寶貴的知識,從基礎的電路原理到復雜的電源設計,從理論探討到實踐應用,電源網為我搭建起了一座通往電子技術殿堂的橋梁。

在電源網這個大家庭里,有很多大牛。他們或是行業(yè)內的佼佼者,或是擁有獨到見解的技術愛好者。每一次與他們的交流,都讓我受益匪淺,仿佛是在與智慧的火花碰撞,激發(fā)了我對電子技術更深層次的思考。這些寶貴的經歷,不僅拓寬了我的視野,更讓我深刻體會到知識共享的力量。

十三年,對于人生而言,是一段不短的時光。我從一個青澀的少年成長為能夠獨當一面持證上崗的工程師,這一切都離不開電源網這個平臺的滋養(yǎng),以及那些在我成長道路上給予幫助與支持的朋友們。天邊姐姐和眾多技術大牛們的身影,早已深深烙印在我的心中,成為我人生旅途中不可或缺的一部分。

如今,回望這段充滿挑戰(zhàn)與收獲的旅程,心中充滿了感激。感謝電源網這個平臺為我提供了一個展示自己、學習進步的機會;感謝那些在電源網上給予我?guī)椭椭С值呐笥褌?;更感謝姐姐一直對我的鼓勵。未來,無論我走到哪里,這段經歷都將是我寶貴的財富,不斷激勵我前行。

視頻演示:

B站視頻鏈接:https://www.bilibili.com/video/BV1hqBqYoEpM/?vd_source=fa22a67d1a182a2912c8e429c6c7e566

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11-07 12:32

大佬真誠的心,我感受到了,見到了大佬成長來之不易??

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11-10 21:07

什么是雙向逆變器:

雙向逆變器是一種開關電源變換器,它可以將直流電源轉換為交流電源,或者將交流電源轉換為直流電源。這種轉換過程可以通過控制電路來實現,從而滿足不同的應用需求。雙向逆變器的應用非常廣泛,它不僅應用于太陽能、風能等可再生能源的轉換和儲能,還應用于電動汽車、智能電網、工業(yè)電力系統(tǒng)等領域。雙向逆變器的主要特點是可以實現能量的雙向流動,特別是近幾年新能源汽車上基本都搭載了既可以交流充電又可以放電的控制器。

雙向逆變器的主要電路結構是DC/DC+DC/AC,既可正向工作也可反向工作。在汽車上基本都是用DSP來做。然而,其成本較高、控制復雜和對環(huán)境要求高等缺點也需要我們重視。未來隨著技術克服和不斷進步、應用領域的不斷拓展,雙向逆變器的應用前景將更加廣闊。

 ==============================================================

下面分享整個設計過程:

整個設計過程分為:制定參數→確定產品尺寸→設計原理圖→設計PCB→打樣PCB板→采購元器件→焊接調試→成品展示

設計參數:

正向:輸入38.4V-47.6V,輸出220V_50Hz

反向:輸入180-265V 50-60Hz,輸出恒流40A電壓58V

產品尺寸:長寬高25*16CM*4CM

電路架構:三有源橋

簡化拓撲結構圖:

從上圖可以明顯看出電路分為三部分,每部分由4顆MOS組成H橋結構,簡稱三有源橋。

12顆MOS也就需要 12路PWM控制信號,10個CS采樣信號,其中6路CS信號需要用差分走線,這22個小信號走線非常講究,稍有不慎調板子時就會讓你抓狂。

左邊DC/DC部分,采用了LC諧振型DAB拓撲結構,能實現能量的雙向傳輸,作逆變升壓時,將48V電池電壓升至350V,供后級 DC/AC 逆變所需的高壓;作充電器降壓時,將市電經 PFC 升壓后的高壓直流電壓轉換為低壓直流電壓,供電池恒壓恒流充電,合理的器件參數配置可實現軟開關提高效率。

右邊H橋負責控制 DC/AC 逆變和無橋APFC升壓,作DC/AC逆變時,采用了中間對齊PWM 調制方式,調制頻率為 20KHz,該調制方式的優(yōu)點是H橋上開關管的頻率為 20KHz,輸出電感和輸出電容上的開關頻率是 PWM 頻率的2倍,跟傳統(tǒng)逆變器的單極性或雙極性調制方式相比,在相同功率下,MOS上的開關損耗相同,這種調制方式可以降低電感的體積和線徑;作PFC升壓時采用了經典的無橋APFC電路結構,H橋的兩個下管做 PWM 調制,兩路上管做同步整流。

上原理圖:

↓↓↓主功率部分

↓↓↓

紅色框中為全橋拓撲

黃色款中為LC諧振電路

藍色框中為電流互感器,200:1短路保護(下面有圖)

綠色框中為次級全波整流

↓↓↓200:1電流互感器

↓↓↓H橋逆變電路,將400V直流逆變?yōu)?20V 50Hz交流

↓↓↓控制電路部分

↓↓↓這里是次級全橋整流驅動電路,因為輸出為400V高壓,所以驅動信號之間隔離要求也比較高,否則有擊穿風險。

 

↓↓↓畫PCB板:

↓↓↓3D功能很好用,可以檢查走線有沒有問題

↓↓↓板子打樣好了

↓↓↓一些被動元器件

主要的器件都是在得捷電子購買的,

大家以后需要元器件可以去得捷電子購買,品質放心,得捷電子網址:https://www.digikey.cn

↓↓↓

↓↓↓MKP-X2電容 4.7uF 400V 常用在電磁爐上

↓↓↓33uH磁環(huán),鐵硅鋁,低磁導率

↓↓↓磁環(huán)共模,錳鋅鐵氧體,高磁導率

↓↓↓繼電器,過VDE認證

↓↓↓DC-DC隔離電源,環(huán)氧樹脂密封,小電流的

↓↓↓這個不是電解,這是炸彈

↓↓↓變壓器磁芯骨架

↓↓↓可惜變壓器的腳跟我的封裝庫不一樣,不過還好差別不大,用蠻力試試

↓↓↓蠻力是解決不了問題的,乖乖把腳整形一下

開始繞變壓器了

PQ5035,槽寬17mm,槽深10mm

NP初級3mm銅線繞4圈

MS次級1.7mm銅線繞29圈

計算剛剛好繞得下 ,

↓↓↓

之前沒有用過這個規(guī)格的變壓器,沒有合適的治具,不過這都小意思,難不倒我

用青稞紙在PQ30的治具上繞幾圈,既可以用了

↓↓↓

多股漆包線,

好處太多了,克服趨膚效應,而且單股也太硬了沒法繞

↓↓↓

初級繞在最里面

因為初級電流大,線也更粗,繞在里面最合適

↓↓↓

繞次級

第二繞組,繞組的首尾端都要加套管絕緣

↓↓↓

↓↓↓最終成品

次級漏感18.3uH,完美

也就是短路初級,測次級感量

↓↓↓

↓↓↓次級感量142.38uH

↓↓↓開始貼元器件

L2這個磁環(huán)體積有點小,銅線直徑還不到1mm,先帶小負載500W測試輸出電壓波形

功率不大,兩個風扇可以先不裝,風扇放在變壓器上方的空地,吹變壓器和次級兩個電感。

MOS溫度不高,放在背面貼一塊大的散熱鋁片。

↓↓↓

開關電源調試比較繁瑣,尤其是多級架構,從原理圖設計開始就要非常認真仔細,容不得一點馬虎,否則調試階段真的會陷入絕境。

我想說設計開關電源是一個既挑戰(zhàn)又充滿樂趣的過程。只要不斷學習、實踐和積累經驗,總有一天我們都將站在行業(yè)的巔峰?。?!

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11-14 11:27
@20年前
什么是雙向逆變器:雙向逆變器是一種開關電源變換器,它可以將直流電源轉換為交流電源,或者將交流電源轉換為直流電源。這種轉換過程可以通過控制電路來實現,從而滿足不同的應用需求。雙向逆變器的應用非常廣泛,它不僅應用于太陽能、風能等可再生能源的轉換和儲能,還應用于電動汽車、智能電網、工業(yè)電力系統(tǒng)等領域。雙向逆變器的主要特點是可以實現能量的雙向流動,特別是近幾年新能源汽車上基本都搭載了既可以交流充電又可以放電的控制器。雙向逆變器的主要電路結構是DC/DC+DC/AC,既可正向工作也可反向工作。在汽車上基本都是用DSP來做。然而,其成本較高、控制復雜和對環(huán)境要求高等缺點也需要我們重視。未來隨著技術克服和不斷進步、應用領域的不斷拓展,雙向逆變器的應用前景將更加廣闊。 ==============================================================下面分享整個設計過程:整個設計過程分為:制定參數→確定產品尺寸→設計原理圖→設計PCB→打樣PCB板→采購元器件→焊接調試→成品展示設計參數:正向:輸入38.4V-47.6V,輸出220V_50Hz反向:輸入180-265V50-60Hz,輸出恒流40A電壓58V產品尺寸:長寬高25*16CM*4CM電路架構:三有源橋簡化拓撲結構圖:[圖片]從上圖可以明顯看出電路分為三部分,每部分由4顆MOS組成H橋結構,簡稱三有源橋。12顆MOS也就需要12路PWM控制信號,10個CS采樣信號,其中6路CS信號需要用差分走線,這22個小信號走線非常講究,稍有不慎調板子時就會讓你抓狂。左邊DC/DC部分,采用了LC諧振型DAB拓撲結構,能實現能量的雙向傳輸,作逆變升壓時,將48V電池電壓升至350V,供后級DC/AC逆變所需的高壓;作充電器降壓時,將市電經PFC升壓后的高壓直流電壓轉換為低壓直流電壓,供電池恒壓恒流充電,合理的器件參數配置可實現軟開關提高效率。右邊H橋負責控制DC/AC逆變和無橋APFC升壓,作DC/AC逆變時,采用了中間對齊PWM調制方式,調制頻率為20KHz,該調制方式的優(yōu)點是H橋上開關管的頻率為20KHz,輸出電感和輸出電容上的開關頻率是PWM頻率的2倍,跟傳統(tǒng)逆變器的單極性或雙極性調制方式相比,在相同功率下,MOS上的開關損耗相同,這種調制方式可以降低電感的體積和線徑;作PFC升壓時采用了經典的無橋APFC電路結構,H橋的兩個下管做PWM調制,兩路上管做同步整流。上原理圖:↓↓↓主功率部分[圖片]↓↓↓紅色框中為全橋拓撲黃色款中為LC諧振電路藍色框中為電流互感器,200:1短路保護(下面有圖)綠色框中為次級全波整流[圖片]↓↓↓200:1電流互感器[圖片]↓↓↓H橋逆變電路,將400V直流逆變?yōu)?20V50Hz交流[圖片]↓↓↓控制電路部分[圖片]↓↓↓這里是次級全橋整流驅動電路,因為輸出為400V高壓,所以驅動信號之間隔離要求也比較高,否則有擊穿風險。[圖片] ↓↓↓畫PCB板:[圖片][圖片]↓↓↓3D功能很好用,可以檢查走線有沒有問題[圖片][圖片][圖片]↓↓↓板子打樣好了[圖片][圖片]↓↓↓一些被動元器件[圖片]主要的器件都是在得捷電子購買的,大家以后需要元器件可以去得捷電子購買,品質放心,得捷電子網址:https://www.digikey.cn↓↓↓[圖片]↓↓↓MKP-X2電容4.7uF400V常用在電磁爐上[圖片]↓↓↓33uH磁環(huán),鐵硅鋁,低磁導率[圖片]↓↓↓磁環(huán)共模,錳鋅鐵氧體,高磁導率[圖片]↓↓↓繼電器,過VDE認證[圖片]↓↓↓DC-DC隔離電源,環(huán)氧樹脂密封,小電流的[圖片]↓↓↓這個不是電解,這是炸彈[圖片]↓↓↓變壓器磁芯骨架[圖片]↓↓↓可惜變壓器的腳跟我的封裝庫不一樣,不過還好差別不大,用蠻力試試[圖片]↓↓↓蠻力是解決不了問題的,乖乖把腳整形一下[圖片][圖片]開始繞變壓器了PQ5035,槽寬17mm,槽深10mmNP初級3mm銅線繞4圈MS次級1.7mm銅線繞29圈計算剛剛好繞得下,↓↓↓[圖片]之前沒有用過這個規(guī)格的變壓器,沒有合適的治具,不過這都小意思,難不倒我用青稞紙在PQ30的治具上繞幾圈,既可以用了↓↓↓[圖片]多股漆包線,好處太多了,克服趨膚效應,而且單股也太硬了沒法繞↓↓↓[圖片]初級繞在最里面因為初級電流大,線也更粗,繞在里面最合適↓↓↓[圖片]繞次級第二繞組,繞組的首尾端都要加套管絕緣↓↓↓[圖片][圖片][圖片][圖片][圖片]↓↓↓最終成品[圖片][圖片]次級漏感18.3uH,完美也就是短路初級,測次級感量↓↓↓[圖片]↓↓↓次級感量142.38uH[圖片]↓↓↓開始貼元器件[圖片][圖片][圖片][圖片][圖片][圖片]L2這個磁環(huán)體積有點小,銅線直徑還不到1mm,先帶小負載500W測試輸出電壓波形功率不大,兩個風扇可以先不裝,風扇放在變壓器上方的空地,吹變壓器和次級兩個電感。MOS溫度不高,放在背面貼一塊大的散熱鋁片。↓↓↓[圖片][圖片]開關電源調試比較繁瑣,尤其是多級架構,從原理圖設計開始就要非常認真仔細,容不得一點馬虎,否則調試階段真的會陷入絕境。我想說設計開關電源是一個既挑戰(zhàn)又充滿樂趣的過程。只要不斷學習、實踐和積累經驗,總有一天我們都將站在行業(yè)的巔峰?。?!

這是得捷官網的Scheme- it在線設計工具,繪制的功能框圖。

Scheme- it是一個在線EDA工具,使用還是挺方便的。

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11-19 14:29
@20年前
這是得捷官網的Scheme-it在線設計工具,繪制的功能框圖。Scheme-it是一個在線EDA工具,使用還是挺方便的。[圖片]

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11-20 14:39
@20年前
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給我來一份學習學習,,,yqjwy_2008@163.com

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miky1188
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11-21 08:48
@20年前
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kobe824
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11-22 10:35
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11-22 17:05
@20年前
這是得捷官網的Scheme-it在線設計工具,繪制的功能框圖。Scheme-it是一個在線EDA工具,使用還是挺方便的。[圖片]

視頻已上傳B站,有興趣的朋友可以去看看:https://www.bilibili.com/video/BV1hqBqYoEpM/?vd_source=fa22a67d1a182a2912c8e429c6c7e566

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11-22 17:14
@miky1188
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11-22 17:14
@yqjwy_2008
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11-23 17:11
@20年前
視頻已上傳B站,有興趣的朋友可以去看看:https://www.bilibili.com/video/BV1hqBqYoEpM/?vd_source=fa22a67d1a182a2912c8e429c6c7e566

你這個不燒冒煙?40A*58V=2300W了,繼電器用8A的

40VDC-60VDC-120VAC   3600W    帶12V/35A    24V/15A    12V-175V輸入1200W-MMPT

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11-25 10:47
@好不好vfg
你這個不燒冒煙?40A*58V=2300W了,繼電器用8A的[圖片]40VDC-60VDC-120VAC  3600W  帶12V/35A  24V/15A  12V-175V輸入1200W-MMPT

繼電器是高壓端的,最大電流10A,稍微超一點點,不要緊。不是放在低壓端的,低壓端40A電流那肯定早冒煙了。你這個用DSP做的嗎?比我做的還漂亮??????

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11-25 10:48
@kobe824
感謝分享kcn1391921904@163.com

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11-25 10:54
@好不好vfg
你這個不燒冒煙?40A*58V=2300W了,繼電器用8A的[圖片]40VDC-60VDC-120VAC  3600W  帶12V/35A  24V/15A  12V-175V輸入1200W-MMPT

低壓端PCB走線上焊銅條沒,我試了不搞銅條板子溫度有點高

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wushouquan
LV.1
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11-25 19:46

謝謝分享,zzdzwu@163.com

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Hazen*
LV.2
18
11-26 10:11
@20年前
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不錯不錯 頂。yongu07@qq.com  謝謝!

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cdwess
LV.2
19
11-26 13:25

謝謝分享,471903672@qq.com

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11-26 15:54
@Hazen*
不錯不錯頂。yongu07@qq.com 謝謝!

發(fā)啦,請留意查收

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11-26 15:54
@cdwess
謝謝分享,471903672@qq.com

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11-26 15:55
@wushouquan
謝謝分享,zzdzwu@163.com

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11-27 01:24

??感謝分享,362349490@qq.com

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12-03 16:00
@shengguangfly
??感謝分享,362349490@qq.com

有什么好分享的,EG官網上就有這個雙向逆變器。1KW~3KW都有和他這個設計完全一樣。雙向逆變器實際應用并不多。有很大的局限性,逆變器要大功率才適用,要滿足一個家庭使用需要10KW~20KW的功率,特別是夏天需要開多個空調讓整個家庭都涼爽。2KW的功率帶個空調都困難。大功率,低成本,高可靠性才是逆變器發(fā)展的王道。那些花里胡哨的東西,我根本看不上加個藍牙,加個WIFI,沒多少實際應用價值,加這些花里胡哨的東西都是年輕人玩的。大功率逆變器我還是喜歡工頻方案。

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anco
LV.4
25
12-04 08:37

感謝分享,想跟著學習  225214265@qq.com

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12-04 10:17

1061560319@qq.com謝謝

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XWT520
LV.1
27
12-04 14:47
@20年前
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aa1095837529@qq.com 謝謝

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