本次DIY作品為“2KW雙向逆變器”可以將220VAC市電轉換成48V直流給電池充電，同時也可以將48V直流電轉換成220V交流電給家用電器供電，智能切換。

應用場景：

1，像我這樣不喜歡電車的人很多，油車上又沒有220V大功率交流電輸出。把家里買菜的兩輪電瓶車騎過來，用此逆變器把電池直流電轉換成220V交流電，就可以接大功率吸塵器、大功率抽吸一體機打掃汽車內飾了。

2，兩輪電動車應用：本逆變器，在家里可以給兩輪電瓶車充電；在戶外，騎電瓶車去野外玩耍時，可以將電瓶的電轉換成220V交流電，約兩位道友煮茶、做飯、炸串、炒個小菜、煮個小火鍋。

前言

在人生的長河中，總有一些節點如同璀璨星辰，照亮我們前行的道路。對我而言，20歲那年踏入電源網（這是我網名的由來），無疑是我技術探索之旅的啟明星。時光荏苒，轉眼間，這段旅程已伴隨我走過了一個大慶，它不僅見證了我的成長與蛻變，更讓我有幸結識了一群志同道合的朋友。

初入電源網，我還是個毛頭小子。這個充滿智慧與激情的平臺，仿佛是為我量身打造的知識寶庫。在這里，每一個帖子都蘊含著前輩們的經驗與智慧，每一次交流都激發著我對未知領域的渴望。我如饑似渴地吸收著這些寶貴的知識，從基礎的電路原理到復雜的電源設計，從理論探討到實踐應用，電源網為我搭建起了一座通往電子技術殿堂的橋梁。

在電源網這個大家庭里，有很多大牛。他們或是行業內的佼佼者，或是擁有獨到見解的技術愛好者。每一次與他們的交流，都讓我受益匪淺，仿佛是在與智慧的火花碰撞，激發了我對電子技術更深層次的思考。這些寶貴的經歷，不僅拓寬了我的視野，更讓我深刻體會到知識共享的力量。

十三年，對于人生而言，是一段不短的時光。我從一個青澀的少年成長為能夠獨當一面持證上崗的工程師，這一切都離不開電源網這個平臺的滋養，以及那些在我成長道路上給予幫助與支持的朋友們。天邊姐姐和眾多技術大牛們的身影，早已深深烙印在我的心中，成為我人生旅途中不可或缺的一部分。

如今，回望這段充滿挑戰與收獲的旅程，心中充滿了感激。感謝電源網這個平臺為我提供了一個展示自己、學習進步的機會；感謝那些在電源網上給予我幫助和支持的朋友們；更感謝姐姐一直對我的鼓勵。未來，無論我走到哪里，這段經歷都將是我寶貴的財富，不斷激勵我前行。

不墨跡，首先上視頻：

B站視頻鏈接：http://www.bilibili.com/video/BV1hqBqYoEpM/?vd_source=fa22a67d1a182a2912c8e429c6c7e566

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一、什么是雙向逆變器：

雙向逆變器是一種開關電源變換器，它可以將直流電源轉換為交流電源，或者將交流電源轉換為直流電源。這種轉換過程可以通過控制電路來實現，從而滿足不同的應用需求。雙向逆變器的應用非常廣泛，它不僅應用于太陽能、風能等可再生能源的轉換和儲能，還應用于電動汽車、智能電網、工業電力系統等領域。雙向逆變器的主要特點是可以實現能量的雙向流動，特別是近幾年新能源汽車上基本都搭載了既可以交流充電又可以放電的控制器。

雙向逆變器的主要電路結構是DC/DC+DC/AC，既可正向工作也可反向工作。在汽車上基本都是用DSP來做。然而，其成本較高、控制復雜和對環境要求高等缺點也需要我們重視。未來隨著技術克服和不斷進步、應用領域的不斷拓展，雙向逆變器的應用前景將更加廣闊。

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下面分享整個設計過程：

整個設計過程分為：制定參數→確定產品尺寸→設計原理圖→設計PCB→打樣PCB板→采購元器件→焊接調試→成品展示

二、設計參數：

正向：輸入38.4V-47.6V，輸出220V_50Hz

反向：輸入180-265V 50-60Hz，輸出恒流40A電壓58V

產品尺寸：長寬高25*16CM*4CM

電路架構：三有源橋

三、簡化拓撲結構圖：

從上圖可以明顯看出電路分為三部分，每部分由4顆MOS組成H橋結構，簡稱三有源橋。

12顆MOS也就需要 12路PWM控制信號，10個CS采樣信號，其中6路CS信號需要用差分走線，這22個小信號走線非常講究，稍有不慎調板子時就會讓你抓狂。

左邊DC/DC部分，采用了LC諧振型DAB拓撲結構，能實現能量的雙向傳輸，作逆變升壓時，將48V電池電壓升至350V，供后級 DC/AC 逆變所需的高壓；作充電器降壓時，將市電經 PFC 升壓后的高壓直流電壓轉換為低壓直流電壓，供電池恒壓恒流充電，合理的器件參數配置可實現軟開關提高效率。

右邊H橋負責控制 DC/AC 逆變和無橋APFC升壓，作DC/AC逆變時，采用了中間對齊PWM 調制方式，調制頻率為 20KHz，該調制方式的優點是H橋上開關管的頻率為 20KHz，輸出電感和輸出電容上的開關頻率是 PWM 頻率的2倍，跟傳統逆變器的單極性或雙極性調制方式相比，在相同功率下，MOS上的開關損耗相同，這種調制方式可以降低電感的體積和線徑；作PFC升壓時采用了經典的無橋APFC電路結構，H橋的兩個下管做 PWM 調制，兩路上管做同步整流。

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四、上原理圖：

↓↓↓主功率部分

紅色框中為全橋拓撲

黃色款中為LC諧振電路

藍色框中為電流互感器，200:1短路保護（下面有圖）

綠色框中為次級全波整流

↓↓↓

↓↓↓200:1電流互感器

↓↓↓H橋逆變電路，將400V直流逆變為220V 50Hz交流

↓↓↓控制電路部分

↓↓↓這里是次級全橋整流驅動電路，因為輸出為400V高壓，所以驅動信號之間隔離要求也比較高，否則有擊穿風險。

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五、整個電路工作邏輯和原理分析：

為了方便看圖，我們用得捷官網的Scheme- it在線設計工具，繪制功能框圖來詳細分析。

上圖中第1、2、3部分，負責DC/DC轉換，采用了LC諧振型雙有源橋（DAB）拓撲結構，能實現能量的雙向傳輸。

A）作逆變升壓時，為經典的全橋拓撲架構，實現將電池的低壓直流電壓轉換為高壓直流電壓，供后級DC/AC逆變所需的高壓。此時Q5、Q6、Q7、Q8作為同步整流的MOS使用。

B）作充電器降壓時，為全橋LC諧振拓撲，實現將市電經PFC升壓后的高壓直流電壓轉換為低壓直流電壓，供電池充電所需的恒壓恒流充電。LC諧振參數（標黃色的2號框中器件）需要和開關頻率匹配，便可實現MOS的軟開關控制。此時Q1、Q2、Q3、Q4作為同步整流的MOS使用。

上圖中第4部分，負責DC/AC逆變，和主動APFC BOOST升壓。

1）作為DC/AC逆變時，為常規H橋結構，采用了中間對齊PWM 調制方式，調制頻率20KHz，采用該調制方式的主要目的是實現倍頻調制，使輸出電感和電容的體積減小，輸出紋波電流小，控制上采用了雙環控制算法，大大提高了帶負載的瞬態能力。

2）作為升壓時，為傳統型無橋Boost PFC拓撲結構，兩個上管S9和S11用體二極管作為快恢復二極管，兩個下管開關管Q11和Q12做PWM開關，開關頻率為20KHz，采用了平均電流控制算法。當輸入電壓正弦波正半周期時，電感L2電流為從L輸入到N輸出，開關管 S10 導通時，輸入正半周電壓經由 S10 、RS10以及RS12、S12的體二極管給電感 L2 儲能，當 S10 關斷時，S9的體二極管導通，電感 L2 和輸入正弦波的正半周共同給C10輸出電容充電及向負載供電，此時電感L2釋放儲存的能量，同理在輸入電壓正弦波負半周期時，電感 L2 電流為從 N 輸入到 L 輸出，開關管 S12 導通時，輸入負半周電壓經由 S12 、RS12 以及 RS10、S10 的體二極管給電感 L2 儲能，當 S12 關斷時，S11 的體二極管導通，電感 L2 和輸入正弦波的負半周共同給C10輸出電容充電及向負載供電，此時電感L2釋放儲存的能量。RS10 和 RS12 是用于電感 L2 的電流采樣，作為內部電流內環的實際電流輸入信號。

其工作模式當然也是CCM，如果是CRM做退磁檢測的話，會簡單很多。

完美的控制程序才能在全負載范圍內做出漂亮的波形

要實現相位跟隨，基本方法無非是固定Ton或者固定Toff，但會伴隨另外一個問題出現：

AC掉電后，極短的時間再次通電（幾十毫秒級別），一個饅頭波只有10mS，斷電幾十毫秒MCU未掉電，此時Ton已然達到Ton_MXA狀態。AC再次上電如果此時瞬時電壓為90度時的峰值，則Ton_MAX會導致數十倍的Ipk。

一般的解決方案是增加一個OCP，然而不合理的OCP設置會降低瞬態響應和欠壓削峰。

六、下面分享一個TI的TIDM-BLPFC中介紹的“虛擬交流電壓”，其原理如下：

交流中斷測試需要準確檢測交流故障和交流恢復事件，從而停止和恢復 PFC 操作。交流中斷測試中的重大技術挑戰是交流電恢復時的 PLL 同步問題。通常，基于 SW 的 PLL 需要幾個周期才能趕上電網相位，因此它無法在此過渡期間提供與電壓同相的電流基準。下圖所示為理想的交流中斷測試波形。在交流電恢復后，PLL 立即追上交流電網并恢復正常的 PFC 操作。

所示為不太理想的交流中斷解決方案。由于 SPLL 過渡時間的原因，它需要額外的時間讓 PLL 工作并且 不提供快速的直流總線恢復。

在 TIDM-02008 中，引入了虛擬交流電壓。MCU 內部會生成內部正弦波，其振幅和相位角將與可用的實際交流電網同步。一旦同步，無論實際電網電壓如何，虛擬信號都會提供正弦信號，即使在交流中斷期間也可以使用。如下圖所示，虛擬交流信號在過渡期間提供電流基準，一旦 PLL 追上交流電網，PLL 將照常提供電流基準。

下圖所示的狀態機監控交流電壓并根據交流電壓狀態做出決定。

下圖是900W負載下的交流中斷測試結果

藍色為VBUS母線電壓

紅色為輸入電流波形

紫色為輸入電壓波形