效率95% 芯仙方案推出2KW氮化镓双向逆变电源 内置英诺赛科氮化镓芯片
来源:充电头网发布时间:2023-02-242780浏览
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前言
芯仙能源技术有限公司推出了一款采用氮化镓器件的双向AC-DC变换器，这款变换器支持2000W输出功率，并支持整流模式和逆变模式。其中整流模式支持宽范围交流输入，额定输出电压为48V，并支持42-58V调节。
逆变模式支持42-58V输入，输出支持120或220Vac，最大输出功率为2000W，转换效率达95%。模块采用主动风冷散热设计，噪声低，温升低，提升可靠性。逆变模块支持多机并联工作，可广泛用于48V电池组的储能，直流微网，V2G逆变等新能源应用场景。
逆变模块的交流和直流侧均具备过压，欠压保护，过流和短路保护，并支持过热保护。充电头网拿到了这款W2000-48V双向AC-DC变换器，下面就通过文章的形式，展示这款变换器的设计和用料。
芯仙2KW氮化镓双向变换器外观
模块正面一览，右端设有一排接线座子，板子中间设有两块可拆卸小板，垂直焊接的小板覆盖金属散热片，并通过风扇散热，器件间留有充足空隙，有效避免积热。
主板背面主要是隔离驱动器和电流采样芯片等器件，外围电路简洁，整体焊接也十分工整，工艺水准高。
测得模块长度约为28cm。
宽度约为13cm。
最大厚度约为44mm。
另外测得模块重量约为1515g。
芯仙2KW氮化镓双向变换器解析
芯仙这款模块的输入输出接线柱都设置在一侧，左下角为直流接线柱，依次焊接保险丝，滤波电容，升压/整流管，变压器，右下角的散热片为全桥LLC开关管的散热片，右侧为高压滤波电容，右上角的散热片为图腾柱无桥PFC开关管散热，向左依次为滤波电感等器件。四颗黑色继电器用于交流输入和逆变输出端子切换。
双向变换器模块背面焊接四颗电流传感器芯片，六颗驱动器芯片，以及通信芯片。下面我们从直流侧开始观察双向变换器模块的用料和设计。
双向变换器模块侧面一览，依次焊接低压滤波电容，低压氮化镓小板，开关变压器，谐振电感，高压氮化镓小板和高压滤波电容。其中高低压氮化镓小板均固定到散热片上，并通过风扇进行散热。
低压氮化镓开关管焊接在小板上，使用六颗英诺赛科 INN100W032A 低压氮化镓，三颗并联，组成半桥。并且由两块小板组成H桥，共使用12颗氮化镓开关管。
英诺赛科 INN100W032A采用 GaN-on-Silicon Emode HEMT技术，有着极低的栅极电荷和超低导通电阻。耐压100V，导阻3.2mΩ，连续电流60A，脉冲电流可达230A，能够适应-40℃到150℃工作环境，零反向恢复电荷。采用WLCSP 3.5mm x 2.13mm极小封装，大大节省占板面积。
用于驱动低压氮化镓的驱动器来自纳芯微，型号NSi6602A-DSWR，是一颗双通道隔离栅极驱动器，支持2MHz开关频率。芯片内置驱动器，可以直接驱动MOS管和氮化镓开关管，无需外置驱动器，简化电路设计。
用于另外一块低压小板的驱动器。
电流传感器芯片来自ACEINNA新纳，型号MCA1101-50-5，是一颗50A量程的隔离电流传感器，采用AMR各向异性磁阻技术。
霍尔电流传感器来自芯进，型号CC6921SO-50A，是一颗高性能霍尔效应电流传感器，支持测量交流和直流电流，具备高精度，出色的线性度和温度稳定性。
升压变压器采用铜片组成低压侧线圈。电感来自深圳市共创富电子。
谐振电感线圈采用胶带缠绕绝缘。
用于LLC全桥及主动整流的氮化镓开关管来自英诺赛科，型号INN650TA030AH，是一颗650V耐压的增强型氮化镓开关管，采用 GaN-on-Silicon Emode HEMT技术，有着极低的栅极电荷和超低导通电阻。导阻低至25mΩ，采用TOLL封装，具有开尔文源极，具有更强的散热能力。适用于开关电源，图腾柱PFC，电池快充，高功率密度及高能效电源应用。
英诺赛科 INN650TA030AH 详细资料。
用于驱动两颗氮化镓开关管的驱动器来自纳芯微，型号NSi6602B-DSPNR，是一颗双通道隔离栅极驱动器，支持2MHz开关频率。芯片内置驱动器，可以直接驱动MOS管和氮化镓开关管，无需外置驱动器，简化电路设计。
四颗高压滤波电容来自Acon新中元，规格均为550V 180μF，滤波电容总容量为720μF。
双向逆变模块交流侧一览，焊接氮化镓开关管小板，整流桥，滤波电感，滤波电容以及切换输入输出的继电器。电容来自于华威远大。
小板上同样采用INN650TA030AH氮化镓开关管，用于逆变输出调制/图腾柱无桥PFC功能。二三极管来自于济南晶恒。
输出滤波电感特写，采用四个磁环并排。来自深圳市共创富电子。
两颗NTC热敏电阻串联，用于抑制电容充电的浪涌电流。滤波电感底部采用电木板绝缘，并打胶固定。
四颗蓝色Y电容特写。
安规X2电容和共模电感特写。
切换输入输出的继电器来自Churod中汇瑞德，线圈电压12V，触点容量50A。
交流接线端子与直流接线端子特写。
安规X2电容来自WQC威庆电子，规格为0.47μF。
交流输入和输出保险丝来自华德电子，为WM50系列电力熔断器，规格为50A 250V。
在直流端子右侧是通信接口。
在逆变器主板上还连接两块小板，分别用于逆变器升压及波形调制控制和辅助供电。图中是逆变器升压和波形调制控制小板，正面焊接一颗MCU和稳压芯片。
主控MCU来自微芯科技，型号dsPIC33CK256MP506，为dsPIC33CK系列数字信号控制器，内置100MHz dsPIC DSC内核，集成DSP和增强型外设，用于逆变器整机驱动信号输出。
稳压芯片来自DIODES，丝印GH16D，实际型号为AZ1117，输出电压3.3V，为主控MCU供电。
另一路电源采用MPS MP6001转换器，芯片内置开关管，内部集成100V启动电路，支持36-75V输入供电。
一颗开关降压芯片来自芯朋微，型号AP2905，是一颗内置开关管的同步降压转换器，固定5V输出电压。
充电头网总结
芯仙能源技术推出的这款双向AC-DC变换器具备2000W输出功率，支持整流输出模式和逆变模式，适合用于48V电池系统的储能应用等场合。逆变模块内部采用英诺赛科的氮化镓器件，其中用于电池端升压和同步整流的低压氮化镓开关管采用INN100W032A，用于逆变整流调制以及PFC和全桥LLC的高压氮化镓开关管采用INN650TA030AH。
英诺赛科INN100W032A开关管为100V耐压，适合48V应用，具有3.2mΩ导阻，能显著降低大电流下的损耗，并且采用WLCSP封装，可增强散热能力，缩短电流路径。其中英诺赛科INN650TA030AH氮化镓开关管为650V耐压，具有30mΩ超低导阻，并采用TOLL封装，简化氮化镓器件的散热设计。
逆变模块采用微芯科技dsPIC33CK256MP506进行整机控制，通过纳芯微驱动器驱动氮化镓开关管。并使用新纳和芯进的四颗电流传感器用于不同环路的电流采集，配合MCU保护，实现精准可靠的保护功能。
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