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【infineon DIY】小功率离网型逆变器

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ericjackson05
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LV6
高级工程师
  • 2016-10-17 15:20:03
输入电压为12V直流左右,即一般蓄电池的电压,可接受11V-14V范围内的输入;
输出电压为220V/50Hz的正弦波工频交流;
输出峰值功率设计在200W以内,能够满足一般小功率用电器的需求;
拓扑结构采用前级推挽升压,后级全桥逆变,中间级采用高频隔离变压器的方案;
控制方式,前级拟采用40kHz 50%占空比方波驱动推挽,后级拟采用10kHz双极性SPWM波驱动全桥。采用TMS320F28027作为主控制器。
ericjackson05
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LV6
高级工程师
  • 2016-10-17 15:44:49
 
英飞凌可供申请的样片种类有限,可供我选择的,对我做逆变器有帮助的有以下三种:
1、推挽驱动芯片:2EDN752x/2EDN852x
是个双路低端MOS管驱动芯片,这两个型号的差别只有输出同相还是反相。
选择它是因为外围电路简单,两路低端正好可以用在推挽驱动上。
而且具有使能端,电路只要一出故障,我可以通过DSP或者硬件电路关闭使能,使电路立刻停止工作,保证逆变器安全的运行。
2、低压大电流MOS管:IRFB7430
适用于前级推挽MOS管,由于输入只有12V,该管能承受40V的压降,刚好合适。
输入阻抗很低,只有1mOhm。拟设计200W的逆变器,因此前级电流17A左右,考虑效率,即使达到20A,那么该管的导通损耗仅有0.4W,无须加散热片或者加很小的散热片,简化系统的热设计。前级推挽方案,因此逆变器需要两个。
3、高压小电流MOS管:IPD80R280P7
适用于后级全桥MOS管,后级经过高频隔离变压器的整流、滤波之后,直流母线电压至少350V至400V,考虑电压尖峰等因素,采用该MOS管足矣。该MOS管耐压800V,导通电阻为0.28Ohm,最高电流17A。后级全桥方案,因此需要四个。
luck2013
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LV8
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  • 2016-10-17 16:48:44
 
已经开始了 关注中。。。。
英飞凌客服
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LV8
副总工程师
  • 2016-10-17 17:11:50
 
你好,样片我们会在下周开始寄出,如果有任何问题,可联系QQ973919678
英飞凌客服
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LV8
副总工程师
  • 2016-10-17 17:12:46
 
多谢关注,可以试着申请样片了解看看,如果已经申请完,我们会下周寄出
ericjackson05
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高级工程师
  • 2016-10-17 17:31:24
  • 倒数10
 
好的,非常感谢!辛苦啦!
infineon_tim
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高级工程师
  • 2016-10-24 02:12:37
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期待你的大作
ericjackson05
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LV6
高级工程师
  • 2016-11-9 14:14:15
  • 倒数8
 
样片已经收到,但是第二个MOS管:IRFB7430没有货。
所以我只能换成其他的性能接近的低压大电流MOS管:IRF3710。
IRF3710导通阻抗是23mOhm,比IRFB7430大了23倍,但是也没办法。
最大DS电压是100V,最大电流为57A。
IR公司已经被英飞凌收购了,所以IRF3710应该也算是英飞凌的。
至此,该作品用到的英飞凌的产品有:
1、2EDN752x/2EDN852x 推挽驱动芯片;
2、IRF3710 前级推挽用管;
3、IR2110S 后级推挽驱动芯片;
4、IPD80R280P7 后级全桥用管;
5、HFA08TB120 超快恢复高压二极管,用于后级整流。
ericjackson05
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高级工程师
  • 2016-11-9 14:25:47
  • 倒数7
 
作品的原理图基本已设计好,现在开始按照模块,介绍一下每个模块实现的功能、设计思想、参数选择等方面的内容。不定期跟帖。
1、电源和地的处理
逆变器的电源和地较多,主要分为控制地和功率地。
经过设计与考量,电源和地主要分为3组,前两组为功率地,最后一组为控制地
第一组:VIN和FGND,分别连接12V蓄电池的正极B+和负极B-,FGND顾名思义,Front GND;
第二组:R12V和RGND,即经过高频变压器隔离后,后级供给全桥驱动芯片等芯片的电源和地,顾名思义,RGND代表Rear GND;
第三组:3V3和GND,即控制电源和控制地,DSP TMS320F28027作为主控芯片,采用3V3和GND。DSP芯片上又细分为数字地和模拟地,用0欧电阻或者小电感或者磁珠隔离开来。此外,这组电源和地,还提供给信号调理电路,比如说运放之类的使用。
ericjackson05
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LV6
高级工程师
  • 2016-11-9 14:48:20
  • 倒数6
 
2、高速光耦用于控制信号与功率电路的隔离
采用HCPL2232集成高速光耦,原因如下:
速度够高,5Mbd的速度能够确保传递几十K、上百K频率的PWM信号;
内部集成双路,方便,比如说我推挽要传递两路信号,全桥也需要传递两路信号(对于非移相全桥,1、4管信号相同,2、3管信号相同),一个光耦芯片即可胜任;
供电电压、输出电压高:0-20V皆可,无需额外的供电,直接从VIN(12V取电),无需电平转换即可直接接推挽/全桥驱动芯片。


HCPL内部结构图如下:


下面详细介绍一下参数的计算:
A1和C1构成发光二极管1的输入,VO1是接收到发光二极管的“亮”与“灭”,输出高或者低电平信号,这个高电平就是8脚VCC的电平,接15V就输出15V,接12V就输出12V,低电平就输出GND的电平0V。
同理:
A2和C2构成发光二极管2的输入,VO2是接收到发光二极管的“亮”与“灭”,输出高或者低电平信号,这个高电平就是8脚VCC的电平,接15V就输出15V,接12V就输出12V,低电平就输出GND的电平0V。
两路独立,互不影响。

下面解释一下,发光二级管何时亮,何时灭。
发光二级管在有电流流过时亮,没有电流流过时灭。
查看HCPL2232的官方PDF,看下面这两项:


导通电流是1.8mA



导通压降是1.5V。根据这两个参数就可以算需要的限流电阻值:
R=(3.3V-1.5V)/1.8mA=1kΩ
注意2脚高电平的时候,没有电流流过,发光二极管是灭的,输出为低电平;
同理,3脚的电平与输出电平也相反。
设计出来的光耦电路图如下:


ericjackson05
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高级工程师
  • 2016-11-9 16:38:26
  • 倒数5
 
3、推挽驱动及推挽电路
推挽驱动采用2EDN7524F或者2EDN7523F,前者同相输出,后者反相输出。用两个中任何一个都是一样的,因为对于推挽来讲,两个通道的波形是对称的。
用2EDN8524F/2EDN8523F也是一样的,只是8系列的在驱动电压小于8V时关断输出,7系列的在驱动电压小于4.2V时关断输出,防止MOSFET落入线性区。
本设计采用2EDN7524F,以兼容更多的MOS管
官方文档中该系列芯片的原理图如下:


可见外围电路比较简单,由于输出的拉电流和灌电流都能达到5A,所以加个栅极驱动电阻即可,一些保护电路可以省去。
内部框图如下:



内部框图很简单,由于内部的使能端ENA和ENB都加入了上拉电阻,因此无需外接上拉即可使能,ENA和ENB可悬空。
推挽电路部分,则有两个IRF3710作为推挽管,并加入snubber电路,以吸收漏感引起的电压尖峰,防止MOS管的DS击穿。
推挽驱动和推挽电路设计的电路图如下:



Snubber电路经过试验与权衡,采用RCD型吸收电路。
除了传统RCD型之外,大家还可以尝试RC吸收电路、低损耗性RCD吸收电路、有源钳位型吸收电路等等。
稍后补上加snubber与不加snubber的DS波形对比图。
ericjackson05
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高级工程师
  • 2016-11-9 16:40:01
  • 倒数4
 
不知为啥,一插入图片,输入法就死活切换不到中文。用搜狗拼音输入法,在txt里面打出来是中文,但是一到这个窗口就只能输入英文。
英飞凌客服
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副总工程师
  • 2016-11-15 15:40:06
  • 倒数3
 
是不是浏览器有问题 或者哪里设置了
ericjackson05
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LV6
高级工程师
  • 2016-11-16 11:03:26
  • 倒数2
 
今天PCB已经几乎完成了,再仔细检查一下就去做板子啦。
下面放上PCB图。
2D正面:




2D背面:




3D正面:




3D背面:

ericjackson05
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LV6
高级工程师
最新回复
  • 2016-11-16 13:17:21
  • 倒数1
 
有些过大电流的线又适当铺了一些铜,基本就是这样了。

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