全程解析DSP全数字混合型市电逆变切换一体机-更新功率管驱动波形图

10-07日更新：62贴更新驱动波形图：

目前市面上的逆变器做来做去没有任何新意，做一个纯粹的逆变器，目前已经远远不能符合实际需要了，比如光伏离网，光伏储能系统，通讯电力电源，此类应用的逆变器，单纯从逆变器本身已经完全不能胜任在这些高端应用的系统中了，纯逆变有点到了山穷水尽的地步了。鉴于此，我一直想要一种非常灵活的系统方案,包含以下这些功能：

 

1，通讯功能，RS485工业总线，利用MODBUS协议完成所有信号，数据的输入输出，通过主机可以链接控制总线上N多个逆变器，这个功能在电信，电力逆变器的应用上是必备，现场可以通过主机修改逆变器的所有参数，比如过压，欠压保护值，过载保护值，每台逆变器都可以通过总线向主机报告所有运行参数，故障状态等等功能。

 

2，逆变、市电双向切换功能，这个切换是无缝切换，要求切换时间越短越好，这次我的设计要求是在10MS内，10MS对于极大多数的负载，这个时间足以保证负载的正常运行，不会出现掉电不稳的问题。由于可以双向切换，比传统UPS更加进行智能的功率管理，这在我们经常使用的太阳能，风能等新能源行业里面具有非常大的意义，可以让系统发电效率最高，让电池运行更加经济。

 

3，逆变、市电可选优先供电，这个和双向切换功能配合，共同完成系统的自由设定，切换过程无任何断电，保证敏感性负载的运作。

 

4, 人机界面，这个需要LCD和按键相互配合，LCD可以显示逆变器的所有运行参数，当前的工作状态，比如：输入电池电压，输出电压，输出电流，输出功率，当前频率，工作模式，如果与BMS系统通讯，甚至可以知道蓄电池剩余电量，工作时间预测等等。LCD菜单简单易用，傻瓜型操作，这样对于任何人使用都没有难度。

 

5，控制方式，目前逆变器都是单电压环控制，这样的控制方式瞬态特性太差，带很多负载的时候，波形并不好，特别是单极性调制的机器，带非线性负载的时候，损耗太高，需要一种电压电流双环控制的模式，实时采样电感电流，作为内环调节，电压外环，保证瞬态特性，和非线性负载造成的失真。

 

6，输出电压稳压控制，在提高瞬态特性的同时，最好进行VRMS实时计算输出电压，这样保证输出有效值电压的纯粹性，在不同的负载下可以做到输出电压的有效值是符合设置的参数。

 

经过这段时间的研发，软，硬件已经基本成熟，实现了上面所有功能。

后面我会将每个地方的电路图一步步分别详细解说，这个资料是全程开放，所有的电路图都会出现。

它的基本参数是：

 

输入电压：DC20-DC31V，额定24VDC规范

输出电压：AC220V，可以通过按键，或者RS232/RS485设定范围是AC180V-260V

输出功率：2000W

频率锁相跟踪范围：45hz-65hz，对于50HZ电网，频率跟踪范围是45 hz -55 hz,对于60HZ电网频率跟踪范围是55 hz -65 hz.  如果超出以上识别的范围，会自动以50 hz默认频率运行。

市电频率可以自己映射到逆变器的输出频率，让逆变器频率追随市电频率。

无市电情况，可以自行选择50HZ或者60HZ输出，并且该参数可以自行整定。

市电、逆变可选优先供电，可以通过按键开关设定。

LCD显示所有工作状态，以及所有故障状态，故障状态以故障代码显示。

 

切换逻辑：

逆变优先模式：所有在逆变下发生的故障保护，比如：过压，欠压，过温，过载，都可以切换到市电继续让负载运行。短路情况下，不会切入市电，此时逆变器会关机，防止负载短路造成其他的故障。当以上发生的任何故障，在解除之后，都可以重新在市电状态切换回逆变状态，继续之前的工作模式运行。

 

市电优先模式：负载优先从市电供电，逆变此时处于待机状态，当市电掉电，在10ms内可以自动转换到逆变模式，让负载不会掉电，当市电重新到来的时候，将会切换到市电下继续让市电给负载供电，切换时间很短，只有5MS。

 

RS233/RS485通讯，此时可以通过PC端的软件监控到挂接在RS485总线上的每一台机器的状态，采用了MODBUS通讯协议，实现多机通讯，这个PC界面还在制作，晚点会发出来让大家讨论。有了这个通讯，远程监控逆变器，已经不是难事了。

 

 

以下是该机器的实物，板子三维是252mm*148mm*75mm

这是全貌，控制板在下面，旁边放了一枚硬币对比，可以看出控制板其实非常小，这还是采用单面贴片工艺。

控制板在主板上的位置：

这是前级升压MOSFET，我不喜欢用多个管子并联，我只做了2对TO-247封装的位置，目前只装了一堆，可以在调试

的时候提供方便，MOSFET不是并的越多越好，要考虑非常多的因素，做到精简，只有精简才可靠。

我在24V上采用的是IRFP4468这种牛管，耐压100V,电流是290A，内阻极小，价格是15一个。

这个部分就是MOSFET驱动IC了，是一片TC4427提供过来，驱动电流1.5A，足可以驱动IRFP4468这类牛管。

DC-DC推挽部分的主变，采用的是EE55，前级是全程闭环的，所以这个地方加了一些其他的措施来完成，在电路图发的时候

我会详细解释这个推挽部分，目前做出来实际的效果，类似于软开关的效果了。输入电流呈现正弦化，可以极大降低输入电解

的温升，电容再也不会发高烧了。

下面的是辅助电源部分，由于输入和输出全部隔离，而且信号处理方式上，需要给运放提供正负电源，加上24V，

乃至以后48V那些高电压输入降压给信号处理，需要一种极其稳定的电源供电，反激电源在这个上面是不二选择

毕竟整机的供电都是从此处得来，其他的地方做的再好，这个地方出问题，整机就变成废铁。

RHRP3060组成的高压整流，这个东西大家都很熟悉。

下面的是H桥部分，采用了4个英飞凌的IGBT，型号是IKW30N60T,沟槽工艺的，导通压降好像是在1.5V左右,在100度

的结温下，都还有30A电流，并且提供5US的短路时间，足以扛这个功率段的所有感性负载了。做这个2KW上效率很棒。

我的并网3KW都是用这个IGBT完成了。

为了能保证驱动的干脆与纯净，采用了TLP250光耦隔离驱动，输出级采用正负电压供电，+12V,-5V，驱动可以做到

很容易。

这个就是第二个辅助电源了，专门用来给IGBT驱动供电，提供3路隔离电源，分别到TLP250光耦。

输出端的部分，这个部分比较简单，由于SPWM继承了单极性，双极性的所有优点，电感要求不用太严格，电感量

从500uH一直到1mH都可以完全适用，降低了电感的绕线工艺，由于DSP发出的SPWM每个正弦周期是400个点，在

20Khz的载波上是全分辨率的调制，所以输出的正弦波非常干净和纯粹，后级跟一级共模就可以解决辐射问题。

输出端的采用了2个继电器进行逆变、市电的双向切换，切换时间最长不超过10MS。保证电脑这类负载不会掉电。

市电，逆变的电压采样，都是用的隔离互感器，后续会打算直接采用电阻采样，效果是一样的。这个互感器实际上

效果并不怎么好，DSP做的实时交流有效值计算，所以输出电压的精度可以非常高。

大家有没有发现，我遗漏了什么东西吗？

推挽升压为何我要采用TC4427这种专用驱动IC呢，为何不直接采用三极管做的图腾呢，这样不是更加灵活和低成本吗？