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拆解报告:铂科2000W双向AC-DC氮化镓逆变器
铂科电子 2023年07月04日

杭州铂科电子推出了一款2000W功率的双向逆变器,这款双向逆变器内置镓未来氮化镓器件,与镓未来联合设计,共同打造。这款双向逆变器支持2000W功率,支持整流充电模式和逆变输出模式,搭配锂电池组进行储能应用。

这款双向逆变器型号为110BDC48-2000FC,整流模式下支持90-264V输入电压,逆变模式下支持43-58V输入,110/120/220/230V输出,满足48V电池组储能等相关新能源应用场景。

双向逆变器为图腾柱无桥 PFC+全桥 LLC 软开关 + SR 同步整流设计,内置6颗镓未来氮化镓开关管,降低开关损耗,提高转换效率和功率密度,降低散热要求,同等体积还可做到更大功率。下面充电头网就带来铂科电子这款双向逆变器的拆解,一起来看看内部的设计和用料。

铂科2000W双向AC-DC逆变器外观

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正面可见,双向逆变器110BDC48-2000FC采用电镀铁壳封装,表面有明显金属光泽,散热风扇装在机体一侧,在接线柱一侧粘贴端子标签。

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双向逆变器外壳通过螺丝固定,在端面安装提手,便于安装。

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双向逆变器外壳标签贴纸标注

型号:110BDC48-2000FC

双向AC-DC变换器/Bidirectional Charger and Inverter

整流模式

输入:180-264V~10A Max.,50/60Hz

输出:48VDC 40A Max.,2000W

逆变模式

输入:43-58VDC 40A Max

输出:220VAC~,2000W

标签纸上还标注了接线端子的定义。

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双向逆变器接线端子特写,依次为交流输出和交流输入接线柱,地址拨码开关,直流输入输出接线柱和RS485/CAN总线通信接口。透过散热格栅可以看到内部的散热片。


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外壳内部为固定PCBA模块的螺母。

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侧面为散热风扇,通过螺丝固定,并固定提手,在左下角为指示灯,用于指示逆变模块工作状态。

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散热风扇前端有格栅,防止异物进入。

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壳体固定卡扣特写。

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交流接线柱特写,采用螺丝固定。

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地址编码开关,直流输入输出接线柱与通信连接端子特写。

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实测双向逆变器模块长度约为330mm。

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测得双向逆变器模块宽度约为114.5mm。

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双向逆变器模块厚度约为40.5mm。

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测得重量约为1943g。


铂科2000W双向AC-DC逆变器拆解 

看完了铂科电子这款2000W双向储能逆变器的外观展示,下面就进行拆解,看看内部的用料和做工。



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拧开固定螺丝,拆开逆变模块外壳,内部PCBA模块通过麦拉片绝缘。


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PCBA模块散热片位置通过一条塑料片引导气流导风,充分利用风扇气流。

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PCBA模块通过螺丝固定在外壳内部。

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对应风扇位置的LED指示灯导光条。

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拧开固定螺丝,取出内部PCBA模块,在PCB背面粘贴一片导热垫,利用外壳进行散热。

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散热风扇通过插接件进行连接。

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旁边预留有空间支持在更换PFC电感后逆变模式下可以支持110Vac和120Vac输出,整流模式下可支持90~264Vac输入。

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散热风扇来自永立,型号MGT4012WB-W28,规格为12V 1.2A。

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双向逆变模块PCBA模块正面一览,其中分区明确,底部左下方依次为逆变直流端,输入滤波电容,逆变升压管和LLC变压器,右侧依次为全桥LLC电路,四颗氮化镓开关管分别固定在两个散热片上,在右下角散热片为图腾柱PFC开关管,由两颗氮化镓开关管和两颗MOS管组成。

双向逆变模块为图腾柱无桥 PFC+全桥 LLC 软开关 + SR 同步整流设计,在右上角为高压滤波电容,卧置焊接,并通过扎带固定。在高压滤波电容左侧为EMI滤波电路和用于交流输入和输出切换的继电器。

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PCBA模块背面为镂空设计放置电容,降低厚度。背面大电流走线露铜加锡,增加载流量。焊接两颗隔离驱动器用于升压开关管和图腾柱PFC开关管驱动。

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PCBA模块输入/输出端一览,交流输入/输出为独立端子,直流为双向端子,均通过接线柱连接。

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直流输入端子特写,接线柱焊接连接。

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同时直流端子附近预留有两个焊盘,可以兼容甩线方式连接。

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正极输入端焊接保险丝,两颗并联,规格为30A,用于过流保护。

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PCB背面焊接三颗1mΩ取样电阻,用于电流检测。

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在两片散热片之间是输入滤波电容,通过胶水固定,共计10颗并联。

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电解电容来自立隆,规格为330μF63V。

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开关管来自新洁能,通过绝缘片和绝缘粒固定在散热片上。

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型号为NCEP039N10M,NMOS,耐压100V,RDS(on) 3.65mΩ,采用TO220封装。根据PCB焊盘得知管子为两颗并联,全桥连接,用于电池逆变升压和降压同步整流。

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LLC变压器低压侧线圈采用铜片焊接组成,高压侧线圈采用利兹线绕制,降低高频损耗。

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变压器底部焊盘特写,为铜带焊接组成,底部粘贴导热垫利用外壳散热降温。

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励磁电感特写,采用利兹线绕制,磁芯缠绕高温胶带绝缘。

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两片散热片分别为全桥LLC开关管散热,在中间是谐振电感和另一颗励磁电感。

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氮化镓开关管固定在散热片上。

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全桥LLC电路中,四颗氮化镓开关管来自GaNext镓未来,型号G1N65R035TB-N,是一颗耐压650V,峰值耐压800V的氮化镓开关管,其导阻仅为35mΩ,采用TO247封装,处于行业领先水平。并具有坚固的栅极,可以简化栅极驱动设计,提供最佳的性能和杰出的可靠性。

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G1N65R035TB-N栅极支持±20V耐压,无需负压关断,可兼容传统控制器。具有快速开关可降低开关损耗,低栅极电荷降低高频开关下的驱动损耗,反向续流具有极低的VF,降低死区时间的损耗。低反向恢复电荷适合于硬开关桥式应用,800V的高峰值耐受增强了器件的可靠性。

使用G1N65R035TB-N可提高转换能效,高频开关有助于减小电源体积,还可降低产品的散热需求,减小尺寸和重量,更低的运行温度提升了安全性和可靠性。G1N65R035TB-N适用于硬开关桥式电路,比如连续电流模式图腾柱无桥PFC或逆变器、(双向)带同步整流HVDC Buck降压电路或Boost升压电路,还适用于高频高效率移相全桥、LLC或其他软开关拓扑,功率范围2KW-6KW。

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谐振电容采用十颗1210封装的NPO电容组成。

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一颗薄膜电容用于输出滤波。

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在侧面为图腾柱PFC开关管的散热片,PFC电感和高压滤波电容。

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高压滤波电容来自丰宾,规格为820μF 500V,通过转接板卧置焊接,扎带固定,转接板采用铜条焊接连接到PCB上,坚固耐用。

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散热风扇插接件,滤波电容和保险丝以及热敏电阻特写。

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两颗Y电容使用胶水固定。

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在长条形散热片上固定四颗开关管。

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用于图腾柱PFC快速半桥的两颗氮化镓开关管来自镓未来,型号G1N65R035TB-N,与全桥LLC所使用的型号相同。

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两颗慢速半桥的开关管来自安森美,型号FCH041N60E,是一颗耐压600V的NMOS,导阻41mΩ,采用TO247封装。

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PFC电感采用两个磁环并排绕制,底部固定电木板绝缘。

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另外一侧焊接继电器,滤波电感和滤波电容等元件。

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电流传感器芯片来自ACEINNA新纳,丝印MCA11503,型号MCA1101-50-3,是一颗50A量程,3.3V供电的隔离电流传感器,采用AMR各向异性磁阻技术。

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继电器来自宏发,为HF115F系列,线圈电压为12V,触点额定电流16A,配合热敏电阻抑制浪涌电流。

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NTC热敏电阻用于抑制浪涌电流,由继电器短路热敏电阻,降低损耗,热敏电阻通过胶水固定在继电器上。

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一颗共模电感采用漆包线绕制,并涂胶固定。

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黑色滤波电容特写。

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一颗滤波电感采用磁环绕制,缠绕胶带绝缘,涂胶固定。

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用于输入切换的继电器来自宏发,型号HF140FF,为两组常开触点,额定电流12A,线圈电压12V,使用两颗继电器,将内部两组触点并联使用,增加载流量。

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电流传感芯片来自芯进电子,型号CC6921,为隔离霍尔电流传感器,用于双向逆变器输出电流检测。

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两颗继电器用于输出切换,型号为HF140FF-G,触点电流为16A。

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共模电感用于输出滤波。

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安规X2电容特写,信息被元件和胶水覆盖。

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多颗蓝色Y电容通过胶水固定。

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两颗保险丝用于交流输入过电流保护,外套热缩管绝缘。

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交流输入输出端子特写。

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主板背面可以看到AC连接端子附近也预留有孔位,可以支持甩线方式连接。

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在逆变模块侧面焊接控制小板和散热片。

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逆变控制小板为长条型,分别焊接两颗控制器,通过隔离通信芯片实现通信。

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侧面控制小板背面焊接一颗变压器,通过高温胶带缠绕绝缘。

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低压侧主控芯片来自TI德州仪器,为C2000系列实时微控制器,型号TMS320F280049,芯片主频为100MHz,内部集成FPU和CLA,内置256KB闪存和100KB RAM。可用于工业电机驱动,电机控制,光伏逆变器,数字电源,电动车辆与运输,自动控制,感应和信号调理用途。用于逆变升压/整流以及全桥LLC电路控制。

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TMS320F280049外置时钟晶振。

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控制器来自NXP恩智浦,型号MC56F82736V,用于图腾柱PFC控制和输出调制。

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降压转换器来自TI德州仪器,丝印2201,实际型号为TPS562201,17V输入电压,2A输出,采用SOT23封装。

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LM317用于稳压供电。

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运放来自ST意法半导体,型号LM2902,是一颗低功耗四运放。

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一颗通信芯片来自思瑞浦,型号TP8485E,是一颗RS485/RS422收发器芯片。

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隔离放大器来自纳芯微,型号NSi1311,用于电压检测和隔离传输。

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一颗隔离芯片来自荣湃,型号π122U61,具有5000Vrms隔离电压,为双向隔离通信。

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另一路TPS562201为NXP控制器降压供电。

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TI德州仪器 OPA376精密低噪声运放用于信号采集放大。

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另一颗OPA376精密低噪声运放。

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辅助电源主控芯片来自英飞凌,型号ICE2QR2280G,是一颗内置800V开关管的准谐振电源芯片,具有主动突发模式,空载功耗小于100mW。

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用于隔离供电的变压器特写。

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用于输出电压反馈的1002光耦。

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输出滤波固态电容规格为330μF 16V。

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用于驱动低压开关管的驱动器来自纳芯微,型号NSi6602BD。是一颗双通道隔离栅极驱动器芯片,支持2MHz开关频率应用,并提供5000Vrms隔离,支持4A灌电流和6A拉电流输出。

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另一颗NSi6602BD用于图腾柱PFC快速半桥的两颗氮化镓开关管驱动。

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电阻分压网络特写,用于电压检测。

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纳芯微 NSi6602AD用于全桥LLC隔离驱动。

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荣湃π120M61双通道数字隔离器用于隔离通信,支持10Mbps传输速率,支持5000Vrms交流隔离。

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蓝色Y电容来自ISND华信安,通过胶水固定。

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两颗蓝色Y电容通过胶水固定。

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四位地址拨码开关特写。

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用于远程控制的 CAN 通信和 RS485 通讯接口特写。

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全部拆解一览,来张全家福。

拆解总结

铂科电子这款2000W双向逆变器为工业标准尺寸的外壳设计,交流输入输出和直流输入输出均为螺丝接线端子。双向逆变器自带散热风扇用于为内部功率器件散热,降低温升。双向逆变器设计为搭配48V电池组使用,支持AC侧输出多机并联使用提高输出功率。

充电头网通过拆解了解到,铂科电子这款双向逆变模块采用基于氮化镓的图腾柱PFC和全桥LLC设计,图腾柱PFC控制器来自NXP恩智浦MC56F82736V,LLC控制器来自TI德州仪器C2000系列TMS320F280049。两颗控制芯片及外围元件焊接在垂直小板上,充分利用空间。

其中全桥LLC电路采用四颗镓未来G1N65R035TB 氮化镓开关管,图腾柱PFC快速半桥采用两颗镓未来G1N65R035TB 氮化镓开关管。镓未来氮化镓开关管采用散热增强的TO247封装,导阻仅为35mΩ,其转换效率高,抗干扰性能强,完全满足中大功率对高可靠性的要求,处于行业领先水平。


(此文章转载于充电头网微信公众号)