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        PV曲線測試電源(雙向直流)直流電源的用法

        前言

        芯仙能源技術有限公司推出了一款采用氮化鎵器件的雙向 AC-DC 變換器,這款變換器支持 2000W 輸出功率,并支持整流模式和逆變模式。其中整流模式支持寬范圍交流輸入,額定輸出電壓為 48V,并支持 42-58V 調節。

        逆變模式支持 42-58V 輸入,輸出支持 120 或 220Vac,最大輸出功率為 2000W,轉換效率達 95%。模塊采用主動風冷散熱設計,噪聲低,溫升低,提升可靠性。逆變模塊支持多機并聯工作,可廣泛用于 48V 電池組的儲能,直流微網,V2G 逆變等新能源應用場景。

        逆變模塊的交流和直流側均具備過壓,欠壓保護,過流和短路保護,并支持過熱保護。充電頭網拿到了這款 W2000-48V 雙向 AC-DC 變換器,下面就通過文章的形式,展示這款變換器的設計和用料。

        芯仙 2KW 氮化鎵雙向變換器外觀

        模塊正面一覽,右端設有一排接線座子,板子中間設有兩塊可拆卸小板,垂直焊接的小板覆蓋金屬散熱片,并通過風扇散熱,器件間留有充足空隙,有效避免積熱。主板背面主要是隔離驅動器和電流采樣芯片等器件,外圍電路簡潔,整體焊接也十分工整,工藝水準高。測得模塊長度約為 28cm。寬度約為 13cm。最大厚度約為 44mm。另外測得模塊重量約為 1515g。

        芯仙 2KW 氮化鎵雙向變換器解析

        芯仙這款模塊的輸入輸出接線柱都設置在一側,左下角為直流接線柱,依次焊接保險絲,濾波電容,升壓 / 整流管,變壓器,右下角的散熱片為全橋 LLC 開關管的散熱片,右側為高壓濾波電容,右上角的散熱片為圖騰柱無橋 PFC 開關管散熱,向左依次為濾波電感等器件。四顆黑色繼電器用于交流輸入和逆變輸出端子切換。雙向變換器模塊背面焊接四顆電流傳感器芯片,六顆驅動器芯片,以及通信芯片。下面我們從直流側開始觀察雙向變換器模塊的用料和設計。雙向變換器模塊側面一覽,依次焊接低壓濾波電容,低壓氮化鎵小板,開關變壓器,諧振電感,高壓氮化鎵小板和高壓濾波電容。其中高低壓氮化鎵小板均固定到散熱片上,并通過風扇進行散熱。低壓氮化鎵開關管焊接在小板上,使用六顆英諾賽科 INN100W032A 低壓氮化鎵,三顆并聯,組成半橋。并且由兩塊小板組成 H 橋,共使用 12 顆氮化鎵開關管。英諾賽科 INN100W032A 采用 GaN-on-Silicon Emode HEMT 技術,有著極低的柵極電荷和超低導通電阻。耐壓 100V,導阻 3.2m Ω,連續電流 60A,脈沖電流可達 230A,能夠適應 -40 ℃到 150 ℃工作環境,零反向恢復電荷。采用 WLCSP 3.5mm x 2.13mm 極小封裝,大大節省占板面積。用于驅動低壓氮化鎵的驅動器來自納芯微,型號 NSi6602A-DSWR,是一顆雙通道隔離柵極驅動器,支持 2MHz 開關頻率。芯片內置驅動器,可以直接驅動 MOS 管和氮化鎵開關管,無需外置驅動器,簡化電路設計。用于另外一塊低壓小板的驅動器。電流傳感器芯片來自 ACEINNA 新納,型號 MCA1101-50-5,是一顆 50A 量程的隔離電流傳感器,采用 AMR 各向異性磁阻技術?;魻栯娏鱾鞲衅鱽碜孕具M,型號 CC6921SO-50A,是一顆高性能霍爾效應電流傳感器,支持測量交流和直流電流,具備高精度,出色的線性度和溫度穩定性。升壓變壓器采用銅片組成低壓側線圈。電感來自深圳市共創富電子。諧振電感線圈采用膠帶纏繞絕緣。用于 LLC 全橋及主動整流的氮化鎵開關管來自英諾賽科,型號 INN650TA030AH,是一顆 650V 耐壓的增強型氮化鎵開關管,采用 GaN-on-Silicon Emode HEMT 技術,有著極低的柵極電荷和超低導通電阻。導阻低至 25m Ω,采用 TOLL 封裝,具有開爾文源極,具有更強的散熱能力。適用于開關電源,圖騰柱 PFC,電池快充,高功率密度及高能效電源應用。英諾賽科 INN650TA030AH 詳細資料。用于驅動兩顆氮化鎵開關管的驅動器來自納芯微,型號 NSi6602B-DSPNR,是一顆雙通道隔離柵極驅動器,支持 2MHz 開關頻率。芯片內置驅動器,可以直接驅動 MOS 管和氮化鎵開關管,無需外置驅動器,簡化電路設計。四顆高壓濾波電容來自 Acon 新中元,規格均為 550V 180 μ F,濾波電容總容量為 720 μ F。雙向逆變模塊交流側一覽,焊接氮化鎵開關管小板,整流橋,濾波電感,濾波電容以及切換輸入輸出的繼電器。電容來自于華威遠大。小板上同樣采用 INN650TA030AH 氮化鎵開關管,用于逆變輸出調制 / 圖騰柱無橋 PFC 功能。二三極管來自于濟南晶恒。輸出濾波電感特寫,采用四個磁環并排,來自深圳市共創富電子。兩顆 NTC 熱敏電阻串聯,用于抑制電容充電的浪涌電流。濾波電感底部采用電木板絕緣,并打膠固定。四顆藍色 Y 電容特寫。安規 X2 電容和共模電感特寫。切換輸入輸出的繼電器來自 Churod 中匯瑞德,線圈電壓 12V,觸點容量 50A。交流接線端子與直流接線端子特寫。安規 X2 電容來自 WQC 威慶電子,規格為 0.47 μ F。交流輸入和輸出保險絲來自華德電子,為 WM50 系列電力熔斷器,規格為 50A 250V。在直流端子右側是通信接口。在逆變器主板上還連接兩塊小板,分別用于逆變器升壓及波形調制控制和輔助供電。圖中是逆變器升壓和波形調制控制小板,正面焊接一顆 MCU 和穩壓芯片。主控 MCU 來自微芯科技,型號 dsPIC33CK256MP506,為 dsPIC33CK 系列數字信號控制器,內置 100MHz dsPIC DSC 內核,集成 DSP 和增強型外設,用于逆變器整機驅動信號輸出。穩壓芯片來自 DIODES,絲印 GH16D,實際型號為 AZ1117,輸出電壓 3.3V,為主控 MCU 供電。另一路電源采用 MPS MP6001 轉換器,芯片內置開關管,內部集成 100V 啟動電路,支持 36-75V 輸入供電。一顆開關降壓芯片來自芯朋微,型號 AP2905,是一顆內置開關管的同步降壓轉換器,固定 5V 輸出電壓。

        充電頭網總結

        芯仙能源技術推出的這款雙向 AC-DC 變換器具備 2000W 輸出功率,支持整流輸出模式和逆變模式,適合用于 48V 電池系統的儲能應用等場合。逆變模塊內部采用英諾賽科的氮化鎵器件,其中用于電池端升壓和同步整流的低壓氮化鎵開關管采用 INN100W032A,用于逆變整流調制以及 PFC 和全橋 LLC 的高壓氮化鎵開關管采用 INN650TA030AH。

        英諾賽科 INN100W032A 開關管為 100V 耐壓,適合 48V 應用,具有 3.2m Ω 導阻,能顯著降低大電流下的損耗,并且采用 WLCSP 封裝,可增強散熱能力,縮短電流路徑。其中英諾賽科 INN650TA030AH 氮化鎵開關管為 650V 耐壓,具有 30m Ω 超低導阻,并采用 TOLL 封裝,簡化氮化鎵器件的散熱設計。

        逆變模塊采用微芯科技 dsPIC33CK256MP506 進行整機控制,通過納芯微驅動器驅動氮化鎵開關管。并使用新納和芯進的四顆電流傳感器用于不同環路的電流采集,配合 MCU 保護,實現精準可靠的保護功能。

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