編者薦語：芯仙能源推出了一款采用氮化鎵器件的雙向AC-DC變換器。
其中霍爾電流傳感器來自芯進(jìn)電子，型號(hào)CC6921SO-50A，是一顆高性能霍爾效應(yīng)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(wěn)定性。電流傳感器用于電流采集，配合MCU保護(hù)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)可靠的保護(hù)功能

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前言

芯仙能源技術(shù)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(diào)節(jié)。

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(zhuǎn)換效率達(dá)95%。模塊采用主動(dòng)風(fēng)冷散熱設(shè)計(jì)，噪聲低，溫升低，提升可靠性。逆變模塊支持多機(jī)并聯(lián)工作，可廣泛用于48V電池組的儲(chǔ)能，直流微網(wǎng)，V2G逆變等新能源應(yīng)用場景。

逆變模塊的交流和直流側(cè)均具備過壓，欠壓保護(hù)，過流和短路保護(hù)，并支持過熱保護(hù)。充電頭網(wǎng)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(shè)計(jì)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(shè)有一排接線座子，板子中間設(shè)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(fēng)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(qū)動(dòng)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(zhǔn)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(shè)置在一側(cè)，左下角為直流接線柱，依次焊接保險(xiǎn)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(guān)管的散熱片，右側(cè)為高壓濾波電容，右上角的散熱片為圖騰柱無橋PFC開關(guān)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(qū)動(dòng)器芯片，以及通信芯片。下面我們從直流側(cè)開始觀察雙向變換器模塊的用料和設(shè)計(jì)。

雙向變換器模塊側(cè)面一覽，依次焊接低壓濾波電容，低壓氮化鎵小板，開關(guān)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(fēng)扇進(jìn)行散熱。

低壓氮化鎵開關(guān)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(lián)，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(guān)管。

英諾賽科 INN100W032A采用 GaN-on-Silicon Emode HEMT技術(shù)，有著極低的柵極電荷和超低導(dǎo)通電阻。耐壓100V，導(dǎo)阻3.2mΩ，連續(xù)電流60A，脈沖電流可達(dá)230A，能夠適應(yīng)-40℃到150℃工作環(huán)境，零反向恢復(fù)電荷。采用WLCSP 3.5mm x 2.13mm極小封裝，大大節(jié)省占板面積。

用于驅(qū)動(dòng)低壓氮化鎵的驅(qū)動(dòng)器來自納芯微，型號(hào)NSi6602A-DSWR，是一顆雙通道隔離柵極驅(qū)動(dòng)器，支持2MHz開關(guān)頻率。芯片內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器，可以直接驅(qū)動(dòng)MOS管和氮化鎵開關(guān)管，無需外置驅(qū)動(dòng)器，簡化電路設(shè)計(jì)。

用于另外一塊低壓小板的驅(qū)動(dòng)器。

電流傳感器芯片來自ACEINNA新納，型號(hào)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(shù)。

霍爾電流傳感器來自芯進(jìn)，型號(hào)CC6921SO-50A，是一顆高性能霍爾效應(yīng)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(wěn)定性。

升壓變壓器采用銅片組成低壓側(cè)線圈。電感來自深圳市共創(chuàng)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(dòng)整流的氮化鎵開關(guān)管來自英諾賽科，型號(hào)INN650TA030AH，是一顆650V耐壓的增強(qiáng)型氮化鎵開關(guān)管，采用 GaN-on-Silicon Emode HEMT技術(shù)，有著極低的柵極電荷和超低導(dǎo)通電阻。導(dǎo)阻低至25mΩ，采用TOLL封裝，具有開爾文源極，具有更強(qiáng)的散熱能力。適用于開關(guān)電源，圖騰柱PFC，電池快充，高功率密度及高能效電源應(yīng)用。

英諾賽科 INN650TA030AH 詳細(xì)資料。

用于驅(qū)動(dòng)兩顆氮化鎵開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)器來自納芯微，型號(hào)NSi6602B-DSPNR，是一顆雙通道隔離柵極驅(qū)動(dòng)器，支持2MHz開關(guān)頻率。芯片內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器，可以直接驅(qū)動(dòng)MOS管和氮化鎵開關(guān)管，無需外置驅(qū)動(dòng)器，簡化電路設(shè)計(jì)。

四顆高壓濾波電容來自Acon新中元，規(guī)格均為550V 180μF，濾波電容總?cè)萘繛?20μF。

雙向逆變模塊交流側(cè)一覽，焊接氮化鎵開關(guān)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(yuǎn)大。

小板上同樣采用INN650TA030AH氮化鎵開關(guān)管，用于逆變輸出調(diào)制/圖騰柱無橋PFC功能。二三極管來自于濟(jì)南晶恒。

輸出濾波電感特寫，采用四個(gè)磁環(huán)并排。來自深圳市共創(chuàng)富電子。

兩顆NTC熱敏電阻串聯(lián)，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(lán)色Y電容特寫。

安規(guī)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(diǎn)容量50A。

交流接線端子與直流接線端子特寫。

安規(guī)X2電容來自WQC威慶電子，規(guī)格為0.47μF。

交流輸入和輸出保險(xiǎn)絲來自華德電子，為WM50系列電力熔斷器，規(guī)格為50A 250V。

在直流端子右側(cè)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(diào)制控制和輔助供電。圖中是逆變器升壓和波形調(diào)制控制小板，正面焊接一顆MCU和穩(wěn)壓芯片。

主控MCU來自微芯科技，型號(hào)dsPIC33CK256MP506，為dsPIC33CK系列數(shù)字信號(hào)控制器，內(nèi)置100MHz dsPIC DSC內(nèi)核，集成DSP和增強(qiáng)型外設(shè)，用于逆變器整機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出。

穩(wěn)壓芯片來自DIODES，絲印GH16D，實(shí)際型號(hào)為AZ1117，輸出電壓3.3V，為主控MCU供電。

另一路電源采用MPS MP6001轉(zhuǎn)換器，芯片內(nèi)置開關(guān)管，內(nèi)部集成100V啟動(dòng)電路，支持36-75V輸入供電。

一顆開關(guān)降壓芯片來自芯朋微，型號(hào)AP2905，是一顆內(nèi)置開關(guān)管的同步降壓轉(zhuǎn)換器，固定5V輸出電壓。

充電頭網(wǎng)總結(jié)

芯仙能源技術(shù)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(tǒng)的儲(chǔ)能應(yīng)用等場合。逆變模塊內(nèi)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(guān)管采用INN100W032A，用于逆變整流調(diào)制以及PFC和全橋LLC的高壓氮化鎵開關(guān)管采用INN650TA030AH。

英諾賽科INN100W032A開關(guān)管為100V耐壓，適合48V應(yīng)用，具有3.2mΩ導(dǎo)阻，能顯著降低大電流下的損耗，并且采用WLCSP封裝，可增強(qiáng)散熱能力，縮短電流路徑。其中英諾賽科INN650TA030AH氮化鎵開關(guān)管為650V耐壓，具有30mΩ超低導(dǎo)阻，并采用TOLL封裝，簡化氮化鎵器件的散熱設(shè)計(jì)。

逆變模塊采用微芯科技dsPIC33CK256MP506進(jìn)行整機(jī)控制，通過納芯微驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)氮化鎵開關(guān)管。并使用新納和芯進(jìn)的四顆電流傳感器用于不同環(huán)路的電流采集，配合MCU保護(hù)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)可靠的保護(hù)功能。