【 DigiKey DIY原创大赛】震惊---本站首个2KW双向逆变器

本次DIY作品为“2KW双向逆变器”可以将220VAC市电转换成48V直流给电池充电，同时也可以将48V直流电转换成220V交流电给家用电器供电，智能切换。

应用场景：

1，像我这样不喜欢电车的人很多，油车上又没有220V大功率交流电输出。把家里买菜的两轮电瓶车骑过来，用此逆变器把电池直流电转换成220V交流电，就可以接大功率吸尘器、大功率抽吸一体机打扫汽车内饰了。

2，两轮电动车应用：本逆变器，在家里可以给两轮电瓶车充电；在户外，骑电瓶车去野外玩耍时，可以将电瓶的电转换成220V交流电，约两位道友煮茶、做饭、炸串、炒个小菜、煮个小火锅。

前言

在人生的长河中，总有一些节点如同璀璨星辰，照亮我们前行的道路。对我而言，20岁那年踏入电源网（这是我网名的由来），无疑是我技术探索之旅的启明星。时光荏苒，转眼间，这段旅程已伴随我走过了十三个春秋，它不仅见证了我的成长与蜕变，更让我有幸结识了一群志同道合的朋友。

初入电源网，我还是个毛头小子。这个充满智慧与激情的平台，仿佛是为我量身打造的知识宝库。在这里，每一个帖子都蕴含着前辈们的经验与智慧，每一次交流都激发着我对未知领域的渴望。我如饥似渴地吸收着这些宝贵的知识，从基础的电路原理到复杂的电源设计，从理论探讨到实践应用，电源网为我搭建起了一座通往电子技术殿堂的桥梁。

在电源网这个大家庭里，有很多大牛。他们或是行业内的佼佼者，或是拥有独到见解的技术爱好者。每一次与他们的交流，都让我受益匪浅，仿佛是在与智慧的火花碰撞，激发了我对电子技术更深层次的思考。这些宝贵的经历，不仅拓宽了我的视野，更让我深刻体会到知识共享的力量。

十三年，对于人生而言，是一段不短的时光。我从一个青涩的少年成长为能够独当一面持证上岗的工程师，这一切都离不开电源网这个平台的滋养，以及那些在我成长道路上给予帮助与支持的朋友们。天边姐姐和众多技术大牛们的身影，早已深深烙印在我的心中，成为我人生旅途中不可或缺的一部分。

如今，回望这段充满挑战与收获的旅程，心中充满了感激。感谢电源网这个平台为我提供了一个展示自己、学习进步的机会；感谢那些在电源网上给予我帮助和支持的朋友们；更感谢姐姐一直对我的鼓励。未来，无论我走到哪里，这段经历都将是我宝贵的财富，不断激励我前行。

视频演示：

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砖一谈芯

LV.4

11-07 12:32

大佬真诚的心，我感受到了，见到了大佬成长来之不易👍

20年前

11-10 21:07

什么是双向逆变器：

双向逆变器是一种开关电源变换器，它可以将直流电源转换为交流电源，或者将交流电源转换为直流电源。这种转换过程可以通过控制电路来实现，从而满足不同的应用需求。双向逆变器的应用非常广泛，它不仅应用于太阳能、风能等可再生能源的转换和储能，还应用于电动汽车、智能电网、工业电力系统等领域。双向逆变器的主要特点是可以实现能量的双向流动，特别是近几年新能源汽车上基本都搭载了既可以交流充电又可以放电的控制器。

双向逆变器的主要电路结构是DC/DC+DC/AC，既可正向工作也可反向工作。在汽车上基本都是用DSP来做。然而，其成本较高、控制复杂和对环境要求高等缺点也需要我们重视。未来随着技术克服和不断进步、应用领域的不断拓展，双向逆变器的应用前景将更加广阔。

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下面分享整个设计过程：

整个设计过程分为：制定参数→确定产品尺寸→设计原理图→设计PCB→打样PCB板→采购元器件→焊接调试→成品展示

设计参数：

正向：输入38.4V-47.6V，输出220V_50Hz

反向：输入180-265V 50-60Hz，输出恒流40A电压58V

产品尺寸：长宽高25*16CM*4CM

电路架构：三有源桥

简化拓扑结构图：

从上图可以明显看出电路分为三部分，每部分由4颗MOS组成H桥结构，简称三有源桥。

12颗MOS也就需要 12路PWM控制信号，10个CS采样信号，其中6路CS信号需要用差分走线，这22个小信号走线非常讲究，稍有不慎调板子时就会让你抓狂。

左边DC/DC部分，采用了LC谐振型DAB拓扑结构，能实现能量的双向传输，作逆变升压时，将48V电池电压升至350V，供后级 DC/AC 逆变所需的高压；作充电器降压时，将市电经 PFC 升压后的高压直流电压转换为低压直流电压，供电池恒压恒流充电，合理的器件参数配置可实现软开关提高效率。

右边H桥负责控制 DC/AC 逆变和无桥APFC升压，作DC/AC逆变时，采用了中间对齐PWM 调制方式，调制频率为 20KHz，该调制方式的优点是H桥上开关管的频率为 20KHz，输出电感和输出电容上的开关频率是 PWM 频率的2倍，跟传统逆变器的单极性或双极性调制方式相比，在相同功率下，MOS上的开关损耗相同，这种调制方式可以降低电感的体积和线径；作PFC升压时采用了经典的无桥APFC电路结构，H桥的两个下管做 PWM 调制，两路上管做同步整流。

上原理图：

↓↓↓主功率部分

↓↓↓

红色框中为全桥拓扑

黄色款中为LC谐振电路

蓝色框中为电流互感器，200:1短路保护（下面有图）

绿色框中为次级全波整流

↓↓↓200:1电流互感器

↓↓↓H桥逆变电路，将400V直流逆变为220V 50Hz交流

↓↓↓控制电路部分

↓↓↓这里是次级全桥整流驱动电路，因为输出为400V高压，所以驱动信号之间隔离要求也比较高，否则有击穿风险。

↓↓↓画PCB板：

↓↓↓3D功能很好用，可以检查走线有没有问题

↓↓↓板子打样好了

↓↓↓一些被动元器件

主要的器件都是在得捷电子购买的，

大家以后需要元器件可以去得捷电子购买，品质放心，得捷电子网址：https://www.digikey.cn

↓↓↓

↓↓↓MKP-X2电容 4.7uF 400V 常用在电磁炉上

↓↓↓33uH磁环，铁硅铝，低磁导率

↓↓↓磁环共模，锰锌铁氧体，高磁导率

↓↓↓继电器，过VDE认证

↓↓↓DC-DC隔离电源，环氧树脂密封，小电流的

↓↓↓这个不是电解，这是炸弹

↓↓↓变压器磁芯骨架

↓↓↓可惜变压器的脚跟我的封装库不一样，不过还好差别不大，用蛮力试试

↓↓↓蛮力是解决不了问题的，乖乖把脚整形一下

开始绕变压器了

PQ5035，槽宽17mm，槽深10mm

NP初级3mm铜线绕4圈

MS次级1.7mm铜线绕29圈

计算刚刚好绕得下，

↓↓↓

之前没有用过这个规格的变压器，没有合适的治具，不过这都小意思，难不倒我

用青稞纸在PQ30的治具上绕几圈，既可以用了

↓↓↓

多股漆包线，

好处太多了，克服趋肤效应，而且单股也太硬了没法绕

↓↓↓

初级绕在最里面

因为初级电流大，线也更粗，绕在里面最合适

↓↓↓

绕次级

第二绕组，绕组的首尾端都要加套管绝缘

↓↓↓

↓↓↓最终成品

次级漏感18.3uH，完美

也就是短路初级，测次级感量

↓↓↓

↓↓↓次级感量142.38uH

↓↓↓开始贴元器件

L2这个磁环体积有点小，铜线直径还不到1mm，先带小负载500W测试输出电压波形

功率不大，两个风扇可以先不装，风扇放在变压器上方的空地，吹变压器和次级两个电感。

MOS温度不高，放在背面贴一块大的散热铝片。

↓↓↓

开关电源调试比较繁琐，尤其是多级架构，从原理图设计开始就要非常认真仔细，容不得一点马虎，否则调试阶段真的会陷入绝境。

我想说设计开关电源是一个既挑战又充满乐趣的过程。只要不断学习、实践和积累经验，总有一天我们都将站在行业的巅峰！！！

20年前

11-14 11:27

@20年前

什么是双向逆变器：双向逆变器是一种开关电源变换器，它可以将直流电源转换为交流电源，或者将交流电源转换为直流电源。这种转换过程可以通过控制电路来实现，从而满足不同的应用需求。双向逆变器的应用非常广泛，它不仅应用于太阳能、风能等可再生能源的转换和储能，还应用于电动汽车、智能电网、工业电力系统等领域。双向逆变器的主要特点是可以实现能量的双向流动，特别是近几年新能源汽车上基本都搭载了既可以交流充电又可以放电的控制器。双向逆变器的主要电路结构是DC/DC+DC/AC，既可正向工作也可反向工作。在汽车上基本都是用DSP来做。然而，其成本较高、控制复杂和对环境要求高等缺点也需要我们重视。未来随着技术克服和不断进步、应用领域的不断拓展，双向逆变器的应用前景将更加广阔。 ==============================================================下面分享整个设计过程：整个设计过程分为：制定参数→确定产品尺寸→设计原理图→设计PCB→打样PCB板→采购元器件→焊接调试→成品展示设计参数：正向：输入38.4V-47.6V，输出220V_50Hz反向：输入180-265V50-60Hz，输出恒流40A电压58V产品尺寸：长宽高25*16CM*4CM电路架构：三有源桥简化拓扑结构图：[图片]从上图可以明显看出电路分为三部分，每部分由4颗MOS组成H桥结构，简称三有源桥。12颗MOS也就需要12路PWM控制信号，10个CS采样信号，其中6路CS信号需要用差分走线，这22个小信号走线非常讲究，稍有不慎调板子时就会让你抓狂。左边DC/DC部分，采用了LC谐振型DAB拓扑结构，能实现能量的双向传输，作逆变升压时，将48V电池电压升至350V，供后级DC/AC逆变所需的高压；作充电器降压时，将市电经PFC升压后的高压直流电压转换为低压直流电压，供电池恒压恒流充电，合理的器件参数配置可实现软开关提高效率。右边H桥负责控制DC/AC逆变和无桥APFC升压，作DC/AC逆变时，采用了中间对齐PWM调制方式，调制频率为20KHz，该调制方式的优点是H桥上开关管的频率为20KHz，输出电感和输出电容上的开关频率是PWM频率的2倍，跟传统逆变器的单极性或双极性调制方式相比，在相同功率下，MOS上的开关损耗相同，这种调制方式可以降低电感的体积和线径；作PFC升压时采用了经典的无桥APFC电路结构，H桥的两个下管做PWM调制，两路上管做同步整流。上原理图：↓↓↓主功率部分[图片]↓↓↓红色框中为全桥拓扑黄色款中为LC谐振电路蓝色框中为电流互感器，200:1短路保护（下面有图）绿色框中为次级全波整流[图片]↓↓↓200:1电流互感器[图片]↓↓↓H桥逆变电路，将400V直流逆变为220V50Hz交流[图片]↓↓↓控制电路部分[图片]↓↓↓这里是次级全桥整流驱动电路，因为输出为400V高压，所以驱动信号之间隔离要求也比较高，否则有击穿风险。[图片] ↓↓↓画PCB板：[图片][图片]↓↓↓3D功能很好用，可以检查走线有没有问题[图片][图片][图片]↓↓↓板子打样好了[图片][图片]↓↓↓一些被动元器件[图片]主要的器件都是在得捷电子购买的，大家以后需要元器件可以去得捷电子购买，品质放心，得捷电子网址：https://www.digikey.cn↓↓↓[图片]↓↓↓MKP-X2电容4.7uF400V常用在电磁炉上[图片]↓↓↓33uH磁环，铁硅铝，低磁导率[图片]↓↓↓磁环共模，锰锌铁氧体，高磁导率[图片]↓↓↓继电器，过VDE认证[图片]↓↓↓DC-DC隔离电源，环氧树脂密封，小电流的[图片]↓↓↓这个不是电解，这是炸弹[图片]↓↓↓变压器磁芯骨架[图片]↓↓↓可惜变压器的脚跟我的封装库不一样，不过还好差别不大，用蛮力试试[图片]↓↓↓蛮力是解决不了问题的，乖乖把脚整形一下[图片][图片]开始绕变压器了PQ5035，槽宽17mm，槽深10mmNP初级3mm铜线绕4圈MS次级1.7mm铜线绕29圈计算刚刚好绕得下，↓↓↓[图片]之前没有用过这个规格的变压器，没有合适的治具，不过这都小意思，难不倒我用青稞纸在PQ30的治具上绕几圈，既可以用了↓↓↓[图片]多股漆包线，好处太多了，克服趋肤效应，而且单股也太硬了没法绕↓↓↓[图片]初级绕在最里面因为初级电流大，线也更粗，绕在里面最合适↓↓↓[图片]绕次级第二绕组，绕组的首尾端都要加套管绝缘↓↓↓[图片][图片][图片][图片][图片]↓↓↓最终成品[图片][图片]次级漏感18.3uH，完美也就是短路初级，测次级感量↓↓↓[图片]↓↓↓次级感量142.38uH[图片]↓↓↓开始贴元器件[图片][图片][图片][图片][图片][图片]L2这个磁环体积有点小，铜线直径还不到1mm，先带小负载500W测试输出电压波形功率不大，两个风扇可以先不装，风扇放在变压器上方的空地，吹变压器和次级两个电感。MOS温度不高，放在背面贴一块大的散热铝片。↓↓↓[图片][图片]开关电源调试比较繁琐，尤其是多级架构，从原理图设计开始就要非常认真仔细，容不得一点马虎，否则调试阶段真的会陷入绝境。我想说设计开关电源是一个既挑战又充满乐趣的过程。只要不断学习、实践和积累经验，总有一天我们都将站在行业的巅峰！！！

这是得捷官网的Scheme- it在线设计工具，绘制的功能框图。

Scheme- it是一个在线EDA工具，使用还是挺方便的。