2022年底，瑞薩舉行了基于RA6T2的1KW inverter方案在線研討會，在此將材料和大家做分享。

參考設(shè)計指標(biāo)概覽

設(shè)計指標(biāo)：48V直流輸入，經(jīng)過boost升壓到340V，再逆變成220V交流輸出 -- 50Hz，60Hz可選。輸出功率1KW。

整機效率、諧波畸變率等參數(shù)請參看下表：

數(shù)字電源是各個拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組成的，比如這次的逆變器使用boost升壓拓?fù)洌偌由弦粋€DC/AC的逆變拓?fù)鋵崿F(xiàn)。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

主功率部分

交錯Boost + 單極性逆變

采用單極性SPWM控制方法，PID閉環(huán)算法實現(xiàn)48VDC倒220VAC的1KW逆變

驅(qū)動電路

電流電壓采樣電路

最小控制系統(tǒng)：OLED屏和用戶按鍵，選擇系統(tǒng)輸出模式，顯示輸入輸出電壓電流參數(shù)

溫度采集和散熱

溫敏電阻，MOS管控制風(fēng)扇開關(guān)

這個方案是一個交錯boost，加DC/AC的拓?fù)?。為什么用交錯呢，因為電壓比較低，48V升1KW的話，電流會比較大。電流大，用交錯比較好，把電流分?jǐn)偭?，一路?00W。如果不分?jǐn)?，首先電感會比較大，MOS管選擇的電流也會大，都會比較難選，也會影響整機的效率。分開電流小很多，包括輸入端紋波電流。交錯boost加上后面的DC/AC。DC/AC是一個圖騰柱的架構(gòu)，這個產(chǎn)品把D1，D2二極管換成MOS管，就是雙向AC/DC了。只要改代碼，拓?fù)涠疾挥酶模涂梢阅嫦蜻^來工作了。

下面是驅(qū)動，電壓電流采樣。還有一個最小控制系統(tǒng)，由OLED顯示屏，用戶按鍵組成。

開關(guān)頻率設(shè)置在30K，因為是硬開關(guān)，它的損耗主要就是來自開關(guān)損耗，所以頻率越低越好，但是不能太低，太低了電流就大了，被動器件的尺寸就大了，一般設(shè)置在30K左右，對MOS管是一個比較好的開關(guān)頻率范圍。

這個設(shè)計是非隔離的，最可靠，硬件成本也最低。硬開關(guān)相對軟開關(guān)效率低，主要體現(xiàn)在開關(guān)損耗上，但是開關(guān)頻率低嘛，整體損耗還是可以接受。軟開關(guān)，一般都是在流行的LLC拓?fù)渲校核鼛Ц綦x，第一需要變壓器，尺寸也就不會小，成本也會高；當(dāng)前設(shè)計中驅(qū)動都是非隔離的，那還要改成隔離驅(qū)動芯片。所以取決于設(shè)計目標(biāo)是怎樣的？如果必須隔離，優(yōu)先選擇LLC，軟開關(guān)的諧振拓?fù)洹：喍灾?，在隔離的情況下，用軟開關(guān)的效率就會比較高，用硬開關(guān)效率就會低。做硬開關(guān)，開關(guān)頻率不能做太高，做太高，效率就低了，被開關(guān)損耗給浪費了。這是設(shè)計時，相互妥協(xié)的一個考量。

這個方案分為DCDC升壓和DCAC逆變兩級拓?fù)?。全拓?fù)淇梢詰?yīng)用于戶外電源逆變器，離網(wǎng)UPS逆變控制等

RA6T2資源使用

Flash：~5K

RAM：~3K

OLED：I1C x1

LED：GPIO x1

用戶按鍵：GPIO x4

電壓電流溫度監(jiān)測：ADC x8

MOS管驅(qū)動：PWM x6

RA6T2性能很強，但是這個方案用到的資源比較少。Flash，ram的使用都很省，因為是一個比較簡單的控制算法和拓?fù)洹?/p>

外設(shè)方面，用了8路ADC，采樣電流，電壓，溫度。

用了6個PWM通道，驅(qū)動6個開關(guān)管。沒有用到RA6T2里的高精度PWM通道，因為逆變器不需要太高精度的PWM，就算是DC輸出時，也要看使用場景，比如服務(wù)器電源、電池化成，高精度PWM通道非常有幫助。一般的對電池充電，也是DC輸出，精度要求一般就可以了。

環(huán)路控制方面，目前是電壓環(huán)控制。當(dāng)然也可以加電流環(huán)控制進去，加進去呢，動態(tài)響應(yīng)會好一點：輸出電流，輸出負(fù)載切換時，響應(yīng)會更快一點。

系統(tǒng)保護功能

輸入軟啟動

輸入欠壓，輸入過壓保護

Boost輸出過壓保護

逆變器欠壓保護

輸出短路保護

輸出過流保護

溫度保護

系統(tǒng)保護方面，支持軟啟動。比如輸入電壓太低，20V，30V剛起來，這個占空比要慢慢增加，電壓慢慢抬升，不要一來就很高，會過沖。同時判斷有沒有過壓，輸入電壓大于52V。更新占空比，更新boost兩個管子的占空比。

達到標(biāo)稱電壓40V時才啟動，占空比也是緩慢上升，軟啟動時間大概0.6秒，一般電源就夠了。包括戶外儲能，0.6秒對客戶也無感。

其他保護，也主要為了保護硬件。Boost輸出過壓，比如突然卸載，重載突然卸輕載，電壓可能會過沖，要保住400V時不要把MOS管打壞了。大于400V，關(guān)閉MOS管功能，小于350V，恢復(fù)工作。

母線太低，低于300V，就沒有辦法輸出一個標(biāo)準(zhǔn)正弦波了，所以進入欠壓保護。正常情況下，是不會低于300V的，只是為了防止異常，比如干擾，或者MOS管壞掉了。電流很大，電壓很小的時候，判斷短路事件。過流，逆變器功率1100W持續(xù)一分鐘，就認(rèn)為過流了。

測試評估板

這個是該測試評估板的照片。如您感興趣，可以點擊公眾號菜單欄“樣片申請”獲取瑞薩代理商/銷售聯(lián)系方式。

我們提供樣機，并開放所有軟硬件資料和文檔

測試演示

測試電源：變頻柜輸出48V供給逆變板，輸出功率在1KW以上；施加在電阻負(fù)載（可變電阻）上進行測試

示波器：查看輸入電源，輸出電壓（高壓差分探頭）、電流（電流鉗）

功率分析儀：查看效率，諧波含量

電源輸出：15V逐漸加到48V，板子開始運行

示波器查看

通道1：電流輸入48V DC

通道2：交流電壓，峰峰值1295mV，經(jīng)過高壓差分探頭換算得到220V；頻率50Hz

通道3（紫色）：輸入48V DC

系統(tǒng)介紹視頻

測試演示視頻

測試演示