【应用】英诺赛科氮化镓开关管助力双向AC-DC变换器设计,转换效率达95%

2023-03-04 充电头网
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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。



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。



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。



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。



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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选型指南  -  中汇瑞德 PDF 中文 下载

中汇瑞德继电器选型表

中汇瑞德提供磁保持继电器,高压直流继电器,微型功率继电器,小型磁保持继电器,小型功率继电器,CHI03L-S系列,A1-S-1xxDA系列,汽车继电器,40安培汽车继电器的选型器。线圈控制电压:5VDC、12VDC、24VDC和48VDC;触点:1A/1B/1C/1X;负载电压,负载电流:14VDC-750VDC,5A-300A;保护结构:开孔型跟密封性。

产品型号
品类
线圈控制电压(VDC)
触点类型
负载电压(V)
负载电流(A)
保护结构
A1-S-105DA
微型功率继电器
5VDC
1A
250VAC
5A
密封型

选型表  -  中汇瑞德 立即选型

中汇瑞德高压直流继电器选型表

中汇瑞德提供高压直流继电器,线圈电压在12V,24V,产品电压在1000VDC-1500VDC,电流在20A-600A,具有UL认证,TUV等安全标准设计认证,可用于储能系统,工程机械, 充电桩 ,光伏逆变器。

产品型号
品类
TUV
UL
产品电流
线圈电压
产品电压
CHPV-S40/E-12LA1,000
高压直流继电器
TUV
UL
40A
12V,24V
1000VDC

选型表  -  中汇瑞德 立即选型

NSi6602 High Reliability Isolated Dual-Channel Gate Driver

型号- NSI6602A-DSWR,NSI6602B-DSWKR,NSI6602A-DLAR,NSI6602A-DSPNR,NSI6602C-DSPNR,NSI6602B-DLAR,NSI6602B-DSPNR,NSI6602B-DSWR,NSI6602A-DSWKR,NSI6602C-DSWR,NSI6602C-DSWKR,NSI6602

数据手册  -  纳芯微电子  - Revision 1.5  - 2021/7/21 PDF 英文 下载 查看更多版本

数据手册  -  中汇瑞德  - Version: 01  - Jul.16, 2022 PDF 中英文 下载

【选型】中汇瑞德应用于工控领域的继电器选型指南

目录- 1A信号继电器CHSC系列    2A信号继电器CHSM系列    1A信号继电器CHSZ系列    3~10A小型功率继电器A1系列    5A小型功率继电器A2系列    5A小型继电器CHM系列    10A小型功率继电器CHA系列    10A小型功率继电器CHW系列    30~40A功率继电器CHS系列    16A小型功率继电器CHZ03系列    17A小型功率继电器CHI03系列    10A/300VDC小型功率继电器CHI04系列    60~120A小型功率继电器CHP系列    100/150A直流继电器CHDR系列    60~160A大功率继电器CHAR系列    200A大功率继电器CHAR系列   

型号- CHSZ01-V-1**LCH3,CHAR-1**A80,CHSM-S-2**LC3,CHZ03-S-1**LC2,CHP-1**BA2-M60,CHP-1**BB2-P60-C60,CHZ03-S-1**DC2,CHA-LA,A1,A2,CHSM-S-2**L1C3,CHS01-V-112LA2000,CHW-V-1**DC2,CHSM-S-2**DC3,CHP-112BB2-W60000,CHAR-A100,A1-V-1**IA,CHAR-1**A200,A2-S-1**LC2H,CHSZ-D,CHAR-A80,CHSZ-L,CHSM-S-212LC3000,CHDR-1**D100,CHAR-1**A60,A1-S-1**DA,CHZ03-S-1**LA2,CHP-1**BB2-P60,CHZ03-S-1**DA2,A1-V-1**LA,A2-S-1**HC2,A1-V-1**HAF,CHZ03-V-112DA2F000,CHI03,CHI03-V-1**DA2,CHAR-1**A150001,CHSZ01-S-1**LCH3,CHI04,CHW-V-1**DA2,A2-V-112DA2000,CHDR-112D150H,CHAR-1**A100,CHZ03-V-1**LC2F,A2-V-1**DA2H,CHA,CHI,CHAR-1**A130,CHA-V-1**LA2,CHM,CHZ03,CHP,CHS01-V-1**LC2,CHP-1**BA2-P80,CHM-S-1**DA3,A2-V-1**LA2,CHS,CHA-V-1**DA2,CHI03-S-1**DC2,A2-S-1**HA2,CHW,CHZ03-S-1**LC2F,A2-V-1**DA2,A1-S-1**IA2F,CHSZ02-S-1**LC3,A2-LA2/LC2,A1-LA/IA,A1-V-1**IA2F,CHSZ02-S-1**DC3,CHS-LA/LC,CHI03-V-1**DC2,CHAR-100T,A2-S-1**DA2H,CHZ-DA2/DC2,CHP-1**BA2-P60,CHDR-100H,A1 ÏΜÁÐ,CHZ03-V-1**DA2,CHSC-V-1**DC3,CHZ03-V-1**LA2,CHP-1**BB2-C60,CHSC-V-1**LC3,CHAR-A130,CHS02,CHAR-1**A150,CHAR-130/150/160,CHDR-100/100H,CHI04-V-112DA2000,A1-LA/IA/IA2,A1-S-1**DAF,A2-V-1**LC2,A2 ÏΜÁÐ,A1-HA/HA2,CHAR-A160,A2-V-1**DC2,CHW-DA2/DC2,CHSZ02-V-1**LCH3,CHS01,CHSZ02-S-1**LA3,CHSZ-S-212LCH3000,CHSZ02-S-1**DA3,CHP-1**BB2-P60-C15,CHI03-S-112DA2000,CHSZ02-S-1**LCH3,CHZ03-V-1**DC2,A1-DA,CHS02 G,CHZ03-V-1**LC2,CHSC-S-1**DC3,CHP-1**BB2-C80,CHAR-60/80/100,CHAR-A150,CHS02-S-1**LA,CHSZ02,CHSC-S-1**LC3,CHSZ01,CHZ-HA2/HC2,CHI04-V-1**DA2,CHSM-D,CHA-DA,CHZ03-S-1**HC2,CHSM-L,CHW-V-112DA3000,CHW-S-1**DC2,CHDR-112D100H,CHAR-1**A160,CHAR-1**A160001,A1-S-1**LA,CHSZ02-V-1**DA3,A1-DA/HA,A2-S-1**LC2,CHA-V-112DA2000,A1-IA/IA2,A2-S-1**DC2H,CHP-1**BB2-M60,CHM-V-112DA3000,A1-V-1**HA2F,CHP-1**BA2-C80,A1-V-1**DA,CHAR,A1-V-1**DAF,CHDR-112D100H000,CHSZ01-S-1**DA3,CHW-S-1**DA2,A2-S-1**DC2,CHI03-S-1**DA2,CHS02-S-1**LA2,CHAR-1**A100T,CHSZ02-V-1**LA3,CHSM,CHSZ02-V-1**DC3,A1-DA/HA/HA2,CHSC,A2-S-1**LA2,CHS01-S-1**LC2,CHP-1**BB2-M80,CHAR-1**A130001,CHS01-V-1**LA2,CHS02-V-1**LA,A1-S-1**HA2F,CHZ03-V-1**DC2F,CHDR-100H/150H,A1-S-1**IA2,CHZ03-S-1**DC2F,CHSC-L,CHDR-100,CHP-1**BA2-C60,CHSZ01-V-1**DC3,CHM-V-1**DA3,CHSZ01-S-1**DC3,CHSZ,A2-V-1**HA2,CHAR-112A200000,CHSC-V-112DC3000,A2-S-1**DA2,CHSZ02-V-1**LC3,CHSC-D,A2-DA2/DC2,CHSM-L1,CHS01-S-1**LC,A1-S-112HA2F000,A2-S-1**LA2H,CHSZ01-S-1**LA3,CHDR,CHSZ01-V-1**LC3,CHS01-V-1**LA,CHS01-S-1**LA2,CHP-1**BB2-P80,CHAR-112A100000,A1-S-1**HA,A1-V-1**HA2,CHS01-S-1**LA,A1-V-1**HA,CHSZ01-V-1**DA3,CHP-1**BA2-M80,A1-S-1**HAF,CHAR-A200,CHAR-A100T,A2-V-1**HC2,CHW-LA2/LC2,CHSZ01-S-1**LC3,CHZ03-V-1**HC2,CHDR-150H,CHZ-LA2/LC2,CHSZ01-V-1**LA3,CHAR-A60,A1-LA,A1-V-1**IA2,A1-S-1**HA2,A2-V-1**DC2H

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【选型】中汇瑞德应用于光伏领域的继电器选型指南

目录- 31A~35A光伏继电器CHFN-H系列    35A~43A光伏继电器CHS-H系列    60~120A小型功率继电器CHP系列    100/150A直流继电器CHDR系列    60~160A大功率继电器CHAR系列    200A大功率继电器    60~350A高压直流继电器CHEV系列   

型号- CHAR-1**A80,CHFN-H,JAEIL-AG5-PC1-5000,E/EA150,CHP-1**BA2-M60,CHP-1**BB2-P60-C60,CHS01-V-112HA(43A)000,CHEV_112E*60,CHEV-112E200P,CHAR-80,CHEV-112E200H,CHS-H,CHEV-112E*250,CHP-112BB2-W60000,CHAR-A100,E/EA300,CHDR-112D100H,CHAR-1**A160,CHAR-1**A160001,7114-4021,CHAR-1**A200,CHAR-A80,CHP-1**BB2-M60,CHS01-V-1**HA,CHEV-112E*120,CHDR-1**D100,CHAR-1**A60,E200P,CHP-1**BA2-C80,CHP-1**BB2-P60,CHAR,CHAR-60,S/SA150,CHDR-112D100H000,CHAR-1**A150001,7283-1020,CHEV-112E*350,CHEV-112EA120,5556,5557,CHAR-1**A100T,E/EA200,CHAR-130,MOLEX-43640-0200,JAEIL-AG9-2P-S3C1,CHFN-S-1**HA2F,CHDR-112D150H,CHAR-1**A100,CHP-1**BB2-M80,CHAR-1**A130001,E200H,7232-1020,MOLEX-43031-0001,E/EA350,CHDR-100,CHDR-112D 100H,CHAR-1**A130,CHP-1**BA2-C60,CHAR-160,CHP,CHEV-1**S*60,3ML2AL02IN,CHP-1**BA2-P80,CHEV-112E*200W,CHAR-112A200000,E/EA60,71164021,S/SA60,CHEV-112E*200,CHAR-150,CHEV-112E*60,CHAR-100T,CHDR,3ML2BN02N,6604151BSS,CHDR-100H,CHP-1**BA2-P60,CHEV-1**S*150,CHP-1**BB2-P80,CHFN-V-1**HA2F,CHAR-112A100000,CHP-1**BB2-C60,CHAR-A130,CHEV-112E300P,CHAR-1**A150,CHAR-100,CHEV,E/EA250,CHP-1**BA2-M80,CHFN-V-112HA2F(31A)000,CHAR-A200,E/EA200W,6S05123BSS,CHAR-A100T,CHEV-1**S*120,CHAR-A160,CHEV-112E*150,CHDR-112D 150H,CHEV-112SA60Y000,E/EA120,CHEV-112E*300,E300P,CHP-1**BB2-P60-C15,S/SA120,CHDR-150H,5557 2X02P,CHAR-A60,CHP-1**BB2-C80,CHAR-A150

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【选型】中汇瑞德应用于家电领域的继电器选型指南

目录- 3~10A小型功率继电器A1系列    5A小型功率继电器A2系列    5A小型继电器CHM系列    10A小型功率继电器CHW系列    10A小型功率继电器CHZ01系列    16A小型功率继电器CHZ02系列    16A小型功率继电器CHZ03系列    8A小型功率继电器CHZ05系列    20A~25A功率继电器CHF/CHFN系列    30~40A功率继电器CHS系列    16A小型功率继电器CHD系列    17A功率继电器CHI03系列    20A~30A小型功率继电器CHE/CHEN系列    5A~10A小型功率继电器CHMN系列    25A交流接触器CHAC系列   

型号- CHZ01-V-1**DA2,CHZ03-S-1**LC2,CHZ-HA2,CHZ01-V-1**LA2,CHZ03-S-1**HC2,CHZ01-V-1**DC2F,CHZ-LA2,CHZ03-S-1**DC2,A1,CHZ01-V-1**LC2F,CHD-V-1**DA2,A2,CHW-V-112DA3000,CHZ01-S-1**LA2,A2-DC2,CHS01-V-112LA2000,CHW-V-1**DC2,CHZ01-S-1**DA2,CHD-S-1**DA2,A2-LC2,CHW-LC2,CHW-S-1**DC2,CHZ02-V-1**LA2,CHZ02-S-1**DC2,CHW-DC2,A1-S-1**LA,CHZ02-V-1**DA2,CHZ02-V-1**DC2F,A1-V-1**IA,A2-S-1**LC2H,A2-S-1**LC2,CHZ02-S-1**LC2,A1-S-1**|A2,A2-S-1**DC2H,CHZD3-V-1**LC2F,CHZ-DA2,CHD-V-112DA2000,CHM-V-112DA3000,CHF-V-112DA2000,A1-S-1**DA,A1-V-1**HA2F,CHZ03-S-1**LA2,A1-V-1**DA,CHS02 G SERIES,CHZ01-V-112DA2F000,A1-V-1**DAF,CHE-V-1**DA2,CHM-S-1**DC2,CHZ-LC2,CHZ03-S-1**DA2,A1-V-1**LA,A2-S-1**HC2,CHW-S-1**DA2,A2-S-1**DC2,A1-V-1**HAF,CHZ03-V-112DA2F000,CHI03,CHI03-V-1**DA2,CHI03-S-1**DA2,A2-DA2,CHAC,CHS02-S-1**LA2,CHZ01-S-1**LC2F,CHW-V-1**DA2,CHW-LA2,CHZ05-V-112DA2F000,CHZ01-S-1**DC2F,A1-IA,A2-LA2,CHZ05-V-1**LA2,CHF-S-1**DA2,CHZ05-S-1**LC2,CHS-LA,A2-V-112DA2000,CHW-DA2,CHS-LC,A1-IA2,A2-S-1**LA2,CHZ02-V-1**LC2,CHZ-DC2,CHS01-S-1**LC2,CHS01-V-1**LA2,CHS02-V-1**LA,CHZ02-V-1**DC2,A1-V-1**|A2,CHZ-HC2,CHZ03-V-1**LC2F,CHZ05-V-1**DA2,A1-S-1**HA2F,A1-HA,A2-V-1**DA2H,CHZ03-V-1**DC2F,CHZ05-S-1**DC2,A1-V-1**|A,CHD,CHF,CHE,CHZ03-S-1**DC2F,A1-S-1**IA2,CHZ01,CHMN-S-1**HA3,CHZ02,CHMN-S-112DA3000,CHZ05,CHMN-S-1**DA3,CHM,CHM-S-1**DA2,CHZ03,CHZ02-V-112DA2F000,CHS01-V-1**LC2,CHM-S-1**DA3,CHM-V-1**DA2,A2-V-1**LA2,CHM-V-1**DA3,CHS,CHI03-S-1**DC2,A2-S-1**HA2,CHMN-V-1**DA3,CHW,A2-V-1**HA2,CHEN-S-1**DA2,A2-S-1**DA2,CHEN-V-1**DA2,CHMN-V-1**HA3,CHZ03-S-1**LC2F,A2-V-1**DA2,A1-S-1**IA2F,CHS01-S-1**LC,CHZ05-V-1**LC2,A1-V-1**IA2F,CHZ05-S-1**DA2,CHZ05-V-1**LC2F,A1-S-112HA2F000,A2-S-1**LA2H,CHI03-V-1**DC2,CHZ05-S-1**LA2,CHF-V-1**DA2,A2-S-1**DA2H,A1-HA2,CHM-V-1**DC2,CHZ03-V-1**DA2,CHFN-S-1**DA2,CHS01-V-1**LA,A1-V-1**|A2F,CHS01-S-1**LA2,CHZ05-V-1**DC2F,A1-S-1**HA,A1-V-1**HA2,CHZ05-V-1**DC2,CHZ03-V-1**LA2,CHS01-S-1**LA,CHZ01-V-1**DC2,CHE-S-112DA2000,CHE-S-112DA200,CHS02,CHZ01-V-1**LC2,A1-V-1**HA,CHZ02-V-1**LC2F,A1-S-1**DAF,A2-V-1**LC2,A1-S-1**HAF,CHEN,A2-V-1**HC2,CHZ01-S-1**LC2,CHMN,A2-V-1**DC2,CHS01,CHAC-1220HA25000,CHZ01-S-1**DC2,CHZ02-S-1**DA2,CHZ02-S-1**DC2F,CHI03-S-112DA2000,CHZ02-S-1**LA2,CHFN-V-1**DA2,CHZ05-S-1**LC2F,CHZ03-V-1**DC2,A1-DA,CHZ03-V-1**HC2,CHFN,CHZ01-S-1**LC5,CHZ03-V-1**LC2,CHE-S-1**DA2,CHZ05-S-1**DC2F,A1-LA,CHZ02-S-1**LC2F,CHS02-S-1**LA,A1-V-1**IA2,A1-S-1**HA2,A2-V-1**DC2H

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NSI6602V High Reliability Isolated Dual-Channel Gate Driver Datasheet

型号- NSI6602VX-XSPNR,NSI6602VB-DSPNR,NSI6602VB-DLAMR,NSI6602VB-DLAR,NSI6602VA-DSWKR,NSI6602V,NSI6602VD-DLAMR,NSI6602VB-DSWR,NSI6602VX-DSPNR,NSI6602VD-DSPNR,NSI6602VC-DSWKR,NSI6602VA-DLAMR,NSI6602VD,NSI6602VD-DSWKR,NSI6602VC,NSI6602VB,NSI6602VC-DSPNR,NSI6602VA,NSI6602VX-XSWXR,NSI6602VX-DLAR,NSI6602VA-DLAR,NSI6602VA-DSPNR,NSI6602VC-DSWR,NSI6602VC-DLAMR,NSI6602VD-DLAR,NSI6602VA-DSWR,NSI6602VX-XLAR,NSI6602VC-DLAR,NSI6602VB-DSWKR,NSI6602X-DSWR,NSI6602VD-DSWR

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满足150W内适配器、PD快充、氮化镓快充等主流产品测试需要;并可查看被测开关电源支持协议,诱导多种充电协议输出,结合电子负载和示波器进行高精度测试。测试浪涌电流最大40A。支持到场/视频直播测试,资深专家全程指导。

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