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200W 三相逆變器

設(shè)計(jì)思路

本參考設(shè)計(jì)（RDR-852）的核心目標(biāo)是為高壓無(wú)刷直流（BLDC）電機(jī)提供高效、高集成度的三相逆變驅(qū)動(dòng)方案，采用磁場(chǎng)定向控制（FOC）+ 空間矢量調(diào)制（SVM） 技術(shù)，通過(guò)核心芯片選型、模塊化架構(gòu)設(shè)計(jì)及多維度保護(hù)機(jī)制，實(shí)現(xiàn) 200W 連續(xù)輸出、97%+ 效率及可靠運(yùn)行。（原理圖見(jiàn)Reference Design Report for a 200 W 3-Phase Inverter Using BridgeSwitch TMBRD1263C and LinkSwitch TM -TN2LNK3204D in FOC Operation文檔）具體設(shè)計(jì)邏輯可拆解為三部分：

1. 核心組件選型：以 “高集成度 + 低復(fù)雜度” 為核心

主逆變器核心：BridgeSwitch BRD1263C選擇該芯片的核心原因是其高度集成化特性：內(nèi)置 2 個(gè) 600V N 溝道 FREDFET（含超軟快恢復(fù)二極管）、柵極驅(qū)動(dòng)器及自偏置電路，無(wú)需額外散熱片（降低成本與體積），支持自偏置 / 外部偏置雙模式（自偏置簡(jiǎn)化輔助電源設(shè)計(jì)，外部偏置優(yōu)化低負(fù)載功耗與熱性能）。同時(shí)，芯片內(nèi)置高低側(cè)逐周期電流限制、兩級(jí)過(guò)溫保護(hù)，直接覆蓋逆變器核心保護(hù)需求。輔助電源核心：LinkSwitch-TN2 LNK3204D采用高壓 Buck 拓?fù)?，將輸入高壓直流?40VDC）降壓為 **+17V（可選給 BridgeSwitch 外部偏置）** 和 **+5V（給電流采樣放大器、MCU 供電）** ，僅需極少外圍組件（電感、電容、電阻），簡(jiǎn)化輔助電源設(shè)計(jì)，同時(shí)滿(mǎn)足低功耗要求（無(wú)負(fù)載功耗低）。外圍關(guān)鍵組件：電流采樣：AD8648ARUZ（四運(yùn)放，將電流采樣電阻信號(hào)偏移至 2.5V 基準(zhǔn)，適配 MCU ADC）；低壓穩(wěn)壓：MCP1804T（+5V LDO，給電流放大器和 MCU 提供穩(wěn)定供電）；保護(hù)元件：NTC 熱敏電阻（RT1，系統(tǒng)級(jí)溫度監(jiān)測(cè)）、高壓二極管（D6，防輸入反接）。

2. 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)：

主逆變單元（三相橋結(jié)構(gòu)）3 個(gè) BridgeSwitch BRD1263C 組成三相全橋，輸出端通過(guò) J1/J2/J3 直接連接 BLDC 電機(jī)；輸入側(cè)通過(guò) J6/J7 接入 340VDC 高壓，配合 C27（47μF/400V）濾波、D6（600V/2A）防反接，確保輸入穩(wěn)定性。關(guān)鍵設(shè)計(jì)：BridgeSwitch 的自偏置通過(guò) C18/C20/C22（高側(cè)）、C19/C21/C23（低側(cè)）電容實(shí)現(xiàn)，內(nèi)部高壓電流源自動(dòng)充電，無(wú)需額外輔助電源給柵極驅(qū)動(dòng)供電。輔助電源單元由 LinkSwitch-TN2 LNK3204D 組成 Buck 轉(zhuǎn)換器，輸出 + 17V 給 BridgeSwitch 外部偏置（可選），同時(shí)給 MCP1804T LDO 供電，LDO 輸出 + 5V 給 AD8648 電流采樣放大器和 MCU。關(guān)鍵設(shè)計(jì)：外部偏置模式可降低無(wú)負(fù)載功耗與芯片溫度，自偏置模式簡(jiǎn)化電路（可刪減 R43-R48、D3-D5 等外部偏置組件）。

控制與保護(hù)單元

控制：MCU 通過(guò) J4/J5 接口輸出 6 路 PWM（PWMH/PWML-U/V/W）控制 BridgeSwitch 的高低側(cè) FREDFET，采用 FOC+SVM 調(diào)制實(shí)現(xiàn)電機(jī)精準(zhǔn)調(diào)速（5000RPM@200W）；

反饋：電流采樣放大器輸出 Curr_fdbk-U/V/W，BridgeSwitch 直接輸出 IPH-U/V/W（瞬時(shí)相電流），供 MCU 閉環(huán)控制；

保護(hù)：集成多維度保護(hù)機(jī)制——DC 總線(xiàn) 4 級(jí)欠壓（142V/177V/212V/247V）+1 級(jí)過(guò)壓（422V）、逐周期過(guò)流（2.25A 峰值，可通過(guò) XL/XH 電阻調(diào)整）、芯片兩級(jí)熱保護(hù)（警告 + 關(guān)斷）、系統(tǒng)級(jí)溫度保護(hù)（90℃，通過(guò) RT1），所有故障通過(guò) FAULT_BUS 單總線(xiàn)反饋給 MCU。

3. 關(guān)鍵功能實(shí)現(xiàn)：

效率優(yōu)化：通過(guò) BridgeSwitch 的超軟 FREDFET 降低開(kāi)關(guān)損耗，LinkSwitch-TN2 的高效 Buck 轉(zhuǎn)換減少輔助電源損耗，文檔顯示外部偏置模式下效率可達(dá) 98.23%（100W 輸出），自偏置模式達(dá) 97.47%（100W 輸出）；熱設(shè)計(jì)：BridgeSwitch 無(wú)需散熱片，通過(guò) PCB 銅皮（2oz）散熱，外部偏置模式下 200W 輸出時(shí)芯片平均溫度 74.8℃（自偏置 81.6℃），滿(mǎn)足封閉環(huán)境（-20~65℃ ambient）需求；可擴(kuò)展性：MCU 接口兼容任意控制器，通過(guò) Device ID 區(qū)分 3 個(gè) BridgeSwitch，故障編碼標(biāo)準(zhǔn)化（如 0000010 代表低側(cè)過(guò)流），便于不同電機(jī)驅(qū)動(dòng)場(chǎng)景適配。

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08-27 22:48

模塊化架構(gòu)通過(guò)高集成芯片減少元件與損耗，為高效奠定基礎(chǔ)

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08-28 22:18

好東西，效率竟然能到98%

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