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

應(yīng)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(zhuǎn)換成220V交流電，就可以接大功率吸塵器、大功率抽吸一體機(jī)打掃汽車內(nèi)飾了。

2，兩輪電動車應(yīng)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(zhuǎn)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(diǎn)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(wǎng)（這是我網(wǎng)名的由來），無疑是我技術(shù)探索之旅的啟明星。時光荏苒，轉(zhuǎn)眼間，這段旅程已伴隨我走過了一個大慶，它不僅見證了我的成長與蛻變，更讓我有幸結(jié)識了一群志同道合的朋友。

初入電源網(wǎng)，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(yùn)含著前輩們的經(jīng)驗(yàn)與智慧，每一次交流都激發(fā)著我對未知領(lǐng)域的渴望。我如饑似渴地吸收著這些寶貴的知識，從基礎(chǔ)的電路原理到復(fù)雜的電源設(shè)計，從理論探討到實(shí)踐應(yīng)用，電源網(wǎng)為我搭建起了一座通往電子技術(shù)殿堂的橋梁。

在電源網(wǎng)這個大家庭里，有很多大牛。他們或是行業(yè)內(nèi)的佼佼者，或是擁有獨(dú)到見解的技術(shù)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(shù)更深層次的思考。這些寶貴的經(jīng)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(dú)當(dāng)一面持證上崗的工程師，這一切都離不開電源網(wǎng)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(shù)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(wǎng)這個平臺為我提供了一個展示自己、學(xué)習(xí)進(jìn)步的機(jī)會；感謝那些在電源網(wǎng)上給予我?guī)椭椭С值呐笥褌儯桓兄x姐姐一直對我的鼓勵。未來，無論我走到哪里，這段經(jīng)歷都將是我寶貴的財富，不斷激勵我前行。

不墨跡，首先上視頻：

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

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一、什么是雙向逆變器：

雙向逆變器是一種開關(guān)電源變換器，它可以將直流電源轉(zhuǎn)換為交流電源，或者將交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源。這種轉(zhuǎn)換過程可以通過控制電路來實(shí)現(xiàn)，從而滿足不同的應(yīng)用需求。雙向逆變器的應(yīng)用非常廣泛，它不僅應(yīng)用于太陽能、風(fēng)能等可再生能源的轉(zhuǎn)換和儲能，還應(yīng)用于電動汽車、智能電網(wǎng)、工業(yè)電力系統(tǒng)等領(lǐng)域。雙向逆變器的主要特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)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(jié)構(gòu)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(fù)雜和對環(huán)境要求高等缺點(diǎn)也需要我們重視。未來隨著技術(shù)克服和不斷進(jìn)步、應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，雙向逆變器的應(yīng)用前景將更加廣闊。

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下面分享整個設(shè)計過程：

整個設(shè)計過程分為：制定參數(shù)→確定產(chǎn)品尺寸→設(shè)計原理圖→設(shè)計PCB→打樣PCB板→采購元器件→焊接調(diào)試→成品展示

二、設(shè)計參數(shù)：

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(chǎn)品尺寸：長寬高25*16CM*4CM

電路架構(gòu)：三有源橋

三、簡化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，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(diào)板子時就會讓你抓狂。

左邊DC/DC部分，采用了LC諧振型DAB拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能實(shí)現(xiàn)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(jīng) PFC 升壓后的高壓直流電壓轉(zhuǎn)換為低壓直流電壓，供電池恒壓恒流充電，合理的器件參數(shù)配置可實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)提高效率。

右邊H橋負(fù)責(zé)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(diào)制方式，調(diào)制頻率為 20KHz，該調(diào)制方式的優(yōu)點(diǎn)是H橋上開關(guān)管的頻率為 20KHz，輸出電感和輸出電容上的開關(guān)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(diào)制方式相比，在相同功率下，MOS上的開關(guān)損耗相同，這種調(diào)制方式可以降低電感的體積和線徑；作PFC升壓時采用了經(jīng)典的無橋APFC電路結(jié)構(gòu)，H橋的兩個下管做 PWM 調(diào)制，兩路上管做同步整流。

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四、上原理圖：

↓↓↓主功率部分

紅色框中為全橋拓?fù)?span>

黃色款中為LC諧振電路

藍(lán)色框中為電流互感器，200:1短路保護(hù)（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)?span>220V 50Hz交流

↓↓↓控制電路部分

↓↓↓這里是次級全橋整流驅(qū)動電路，因?yàn)檩敵鰹?span>400V高壓，所以驅(qū)動信號之間隔離要求也比較高，否則有擊穿風(fēng)險。

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五、整個電路工作邏輯和原理分析：

為了方便看圖，我們用得捷官網(wǎng)的Scheme- it在線設(shè)計工具，繪制功能框圖來詳細(xì)分析。

上圖中第1、2、3部分，負(fù)責(zé)DC/DC轉(zhuǎn)換，采用了LC諧振型雙有源橋（DAB）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能實(shí)現(xiàn)能量的雙向傳輸。

A）作逆變升壓時，為經(jīng)典的全橋拓?fù)浼軜?gòu)，實(shí)現(xiàn)將電池的低壓直流電壓轉(zhuǎn)換為高壓直流電壓，供后級DC/AC逆變所需的高壓。此時Q5、Q6、Q7、Q8作為同步整流的MOS使用。

B）作充電器降壓時，為全橋LC諧振拓?fù)洌瑢?shí)現(xiàn)將市電經(jīng)PFC升壓后的高壓直流電壓轉(zhuǎn)換為低壓直流電壓，供電池充電所需的恒壓恒流充電。LC諧振參數(shù)（標(biāo)黃色的2號框中器件）需要和開關(guān)頻率匹配，便可實(shí)現(xiàn)MOS的軟開關(guān)控制。此時Q1、Q2、Q3、Q4作為同步整流的MOS使用。

上圖中第4部分，負(fù)責(zé)DC/AC逆變，和主動APFC BOOST升壓。

1）作為DC/AC逆變時，為常規(guī)H橋結(jié)構(gòu)，采用了中間對齊PWM 調(diào)制方式，調(diào)制頻率20KHz，采用該調(diào)制方式的主要目的是實(shí)現(xiàn)倍頻調(diào)制，使輸出電感和電容的體積減小，輸出紋波電流小，控制上采用了雙環(huán)控制算法，大大提高了帶負(fù)載的瞬態(tài)能力。

2）作為升壓時，為傳統(tǒng)型無橋Boost PFC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，兩個上管S9和S11用體二極管作為快恢復(fù)二極管，兩個下管開關(guān)管Q11和Q12做PWM開關(guān)，開關(guān)頻率為20KHz，采用了平均電流控制算法。當(dāng)輸入電壓正弦波正半周期時，電感L2電流為從L輸入到N輸出，開關(guān)管 S10 導(dǎo)通時，輸入正半周電壓經(jīng)由 S10 、RS10以及RS12、S12的體二極管給電感 L2 儲能，當(dāng) S10 關(guān)斷時，S9的體二極管導(dǎo)通，電感 L2 和輸入正弦波的正半周共同給C10輸出電容充電及向負(fù)載供電，此時電感L2釋放儲存的能量，同理在輸入電壓正弦波負(fù)半周期時，電感 L2 電流為從 N 輸入到 L 輸出，開關(guān)管 S12 導(dǎo)通時，輸入負(fù)半周電壓經(jīng)由 S12 、RS12 以及 RS10、S10 的體二極管給電感 L2 儲能，當(dāng) S12 關(guān)斷時，S11 的體二極管導(dǎo)通，電感 L2 和輸入正弦波的負(fù)半周共同給C10輸出電容充電及向負(fù)載供電，此時電感L2釋放儲存的能量。RS10 和 RS12 是用于電感 L2 的電流采樣，作為內(nèi)部電流內(nèi)環(huán)的實(shí)際電流輸入信號。

其工作模式當(dāng)然也是CCM，如果是CRM做退磁檢測的話，會簡單很多。

完美的控制程序才能在全負(fù)載范圍內(nèi)做出漂亮的波形

要實(shí)現(xiàn)相位跟隨，基本方法無非是固定Ton或者固定Toff，但會伴隨另外一個問題出現(xiàn)：

AC掉電后，極短的時間再次通電（幾十毫秒級別），一個饅頭波只有10mS，斷電幾十毫秒MCU未掉電，此時Ton已然達(dá)到Ton_MXA狀態(tài)。AC再次上電如果此時瞬時電壓為90度時的峰值，則Ton_MAX會導(dǎo)致數(shù)十倍的Ipk。

一般的解決方案是增加一個OCP，然而不合理的OCP設(shè)置會降低瞬態(tài)響應(yīng)和欠壓削峰。

六、下面分享一個TI的TIDM-BLPFC中介紹的“虛擬交流電壓”，其原理如下：

交流中斷測試需要準(zhǔn)確檢測交流故障和交流恢復(fù)事件，從而停止和恢復(fù) PFC 操作。交流中斷測試中的重大技術(shù)挑戰(zhàn)是交流電恢復(fù)時的 PLL 同步問題。通常，基于 SW 的 PLL 需要幾個周期才能趕上電網(wǎng)相位，因此它無法在此過渡期間提供與電壓同相的電流基準(zhǔn)。下圖所示為理想的交流中斷測試波形。在交流電恢復(fù)后，PLL 立即追上交流電網(wǎng)并恢復(fù)正常的 PFC 操作。

所示為不太理想的交流中斷解決方案。由于 SPLL 過渡時間的原因，它需要額外的時間讓 PLL 工作并且 不提供快速的直流總線恢復(fù)。

在 TIDM-02008 中，引入了虛擬交流電壓。MCU 內(nèi)部會生成內(nèi)部正弦波，其振幅和相位角將與可用的實(shí)際交流電網(wǎng)同步。一旦同步，無論實(shí)際電網(wǎng)電壓如何，虛擬信號都會提供正弦信號，即使在交流中斷期間也可以使用。如下圖所示，虛擬交流信號在過渡期間提供電流基準(zhǔn)，一旦 PLL 追上交流電網(wǎng)，PLL 將照常提供電流基準(zhǔn)。

下圖所示的狀態(tài)機(jī)監(jiān)控交流電壓并根據(jù)交流電壓狀態(tài)做出決定。

下圖是900W負(fù)載下的交流中斷測試結(jié)果

藍(lán)色為VBUS母線電壓

紅色為輸入電流波形

紫色為輸入電壓波形