在写了一篇关于
DC / AC转换器原理的文章之后，很多人在评论中要求在硬件中实现这种想法的示例。 我答应，如果可能的话，用一些有趣的东西取悦他们，这个机会落在了我身上。 因此，本文主要针对渴望“铁”的人们。
几周前，我的一个朋友知道我爱电力电子，就给我发了一条消息，其中有意法半导体的广告链接。 该链接讨论了意法半导体在电力电子领域的新解决方案
-PWD13F60 。 我的“电力电子设备”概念主要与TI，英飞凌，凌力尔特相关，而与ST无关。 当一个出色的控制器-STSPIN32F0出现时，我第一次将ST视为“电源”制造商。 我第二次看现在。
PWD13F60是类似于QFN的情况下的芯片，该芯片已经包含一个全桥，即4个高压Mosfet，以及它们的驱动器。 当我熟悉数据表时，第一个想法是：“哦，这是你口袋里的千瓦！”，因此是文章的名称。 我不太喜欢各种调试板，而是喜欢立即进行某种“战斗”项目。 基于本文的英雄，决定制造一个DC / AC逆变器。
我决定将文章分为两部分：电路和代码。 今天，我将讨论电路解决方案，共享库，设计和第一印象。 在第二部分中，我们实现了第一篇文章中描述的管理原则。
技术规格PWD13F60
熟悉此模块时，首先要注意的是它是高电压。 对于单相网络电压（220V AC / 310V DC），没有真正紧凑的集成解决方案。 我从TI获得了基于GaN晶体管的解决方案-LMG3410，我真的很喜欢它，但是不幸的是，该解决方案尚未正式上市，并且已经进入“预览”阶段约一年了。 是的，TI的解决方案在各个方面都比较好，但是如果您不能购买模块，它有什么用？ las，嗯...因此，我对ST的模块非常感兴趣！ 是的，它是在普通硅片上，是的，它的电流稍低，是的，在1+ MHz的频率上几乎不可能在上面构建任何东西，但是它并不那么可怕，而是我挑剔的。 硅上的现代mosfet与GaN紧密匹配，到目前为止1+ MHz的频率显然是奇异的：昂贵且几乎不需要。
让我们打开PWD13F60的
数据表 ，了解其主要特性：
- 漏源电压： 600V
- 明渠电阻： 0.32欧姆
- 最大通道电流（在25 o C时）： 8A
- 最大通道电流（在100 o C时）： 6.9A
- 最大浪涌电流： 32A
- 逻辑电平管理： 3.3和5V
- 快门电荷： 26 nC
- 内部二极管恢复时间： 93 ns
查看TTX数据，可以得出几个结论。 首先，600V的电压使您可以实现大多数拓扑：全桥，半桥，LLC半桥，相移桥等。 其次，最大通道电流为8A，可让您构建额定功率为1000瓦的转换器。 第三，320 mOhm的通道电阻是一个很好的指标，尽管它可以更好。 第四，即使不使用谐振拓扑，栅极电容和技术二极管的速度也可以使其达到200-300 kHz的范围。 第五，您可以直接从MK的端子控制模块，这非常方便并且简化了电路。
事实证明，我们有一个非常好的模块，可让您解决许多问题。 应该理解，对于DC / AC转换器可以达到1000 W，如果您想要通用范围为85-265V的电桥DC / DC，那么您将不会获得这样的功率。 输入电压为85V，您只需达到最大电流并冷却晶体即可。 您绝对可以构建具有通用输入和极小尺寸的300 W开关电源。
电路图
在继续考虑测试板的电路之前，我想让将来将使用此模块的人员免于巨大的痛苦，即避免创建3D模型和封装。 我使用在电路板设计过程中创建的库组件-它们是在真实的硬件中检查的，并且不包含错误：
- Solid Works和STEP中的PWD13F60模块外壳- 此处
- Altium Designer的足迹- 在这里
情况如下：
现在，您可以开始使用此模块了。 我们转向电路。 所有可能对开发人员造成问题的主要节点都已经“隐藏”在机箱内部，并且已经正确“准备好了”，您只需要实现控制即可。 顺便说一句，这个模块不仅允许创建电压转换器，还可以控制电动机-这是另一个应用领域，我认为CNC机床和机器人技术的爱好者会发现它非常有用。
启动所需的最小绑定：一对功率电容器，一对自举驱动器电容器和一个PWM控制器，在我的情况下为STM32F410。 一切似乎都很简单，但我认为有一个非常重要的减号-模块内部没有短路保护电路！ 它们不是必须的，但是不提供驾驶员紧急停车的输出。 顺便说一下，TI模块也没有短路保护。 对我来说，为什么无法将另外2个比较器推到晶振上是个谜，晶振将测量外部分流器的电流并停止驱动器...
这个缺点使我们无法实现最快的硬件保护以防短路。 在任何情况下，我们都必须将有关过量电流的信号提供给PWM控制器，并通过生成PWM来精确地停止操作。 这显着增加了防御的响应时间，并且当以最小的“挂起”或延迟使用DSP或MK时，将立即获得响声。
在这里，您可以采用两种方式-依靠您的智能代码或在PWM控制器和电源模块之间放置逻辑缓冲区，这将禁用保护。 第二种选择更好，但是使电路复杂化，并且仍然引入了额外的延迟，尽管大大少于通过DSP / MK进行的工作。 我应该选择错误的选择，并且天真地希望我的“完美”代码。 首先，它只是一个调试板，因此没有任何依赖关系，您可以放任自流。 其次，我将在MK中拥有最简单的代码（PI控制器+正弦生成），因此我可以轻松跟踪所有关键节点。 尽管这取决于开发人员的技能，但不可能在一个大型，成熟的项目中进行相同的操作，但是我绝对不会。
我遵循了建筑物保护的标准路径：并联+运算放大器+中继器。 我将运算放大器的第二个通道用作中继器。 顺便说一下，这里还有一个缺点-如果您的任务是制作一个超紧凑型解决方案，那么当前的保护节点将占用宝贵的空间。 结果，我得到了一个简单的方案（我建议您观看PDF，图片可点击）：
- PDF格式- 此处
- Altium Designer工作表- 此处
由于该器件是专门为测试该模块而制造的，因此该图是完全最小的：微控制器STM32F410 + PWD13F60 + DC / DC，用于以2.2μF的电流从电感器和薄膜提供数字部分+ LC滤波器+电流保护+ OS电压。 仅此而已。 此方案实现了从整流网络的310V转换回220V。 如果您是新手开发人员，还是不是经验丰富的业余爱好者，那么我强烈建议您首先在12-40V的电压下运行所有算法，然后再将其插入插座。 这样一来，您就不会在被烧毁的模块上摔坏，甚至可以幸免。
电流保护在双运放D2和D3-
OPA2337上实现 。 它们速度很快，可让您以高达400-600 kHz的频率实现OS电路的全面运行。 运算放大器的前半部分放大来自分流器的信号，后半部分用作电压跟随器。
电路板
与电路情况一样，印刷电路板的设计是开放的，可供审查。 您可以在
此处下载Altium Designer的PCB文件。 它不装作特别的杰作，因为 设计是在几个小时内完成的，但是基本的热计算和建模是在Comsol中进行的-不会发生过热，但是如果要去除4-5A以上的电流，则仍需要在模块上放置一个小型铝散热器。 他还对寄生电感进行了基本的计算和建模，随后进行了优化以减小寄生电感。 印刷电路板的尺寸为
100x45 mm ，对于1000 W转换器来说非常好，尤其是当您考虑到此处不需要技巧和高频时。
电路板是两层丝网印刷，仅在上层组件。 我在
PCBway上订购了印刷电路板，通过邮寄的价格为10件14美元：
我不会说多少成分，因为 我订购了几个不同的项目，但大约20至25
美元的成本 ，其中
9美元是PWD13F60模块本身的成本 。 我认为您已经为它们计算了4个mosfet和2个驱动程序的成本，并且意识到此模块是一个非常有利可图的解决方案。
我通过
PM Electronics与Mouser一起订购了所有组件，它们可以快速携带它们且没有作弊，快递到公寓是免费的，因此，我建议您这样做。 谁对特定组件感兴趣-在带有图表的文件中，每个组件都有一个零件号和一个链接（将鼠标悬停在组件上并按F1键，它将打开）。
另外，我会说安装。 我有点担心PWD13F60的情况，因为 脚印本身并没有磨合，而且焊锡缺陷的可能性令人尴尬。 我决定不使用吹风机焊接，而是为了确保在炉子中焊接。 Ersa助焊剂和来自中国的优质糊剂可以很好地完成工作-即使安装不是很精确，芯片本身也由于表面张力而居中，幸运的是，ST的人使表壳完全对称，尽管形状复杂。 自从我进行实验以来，我没有开始在炉子中焊接所有东西，因此，在杀死电路板的情况下，我就不必焊接所有东西-我在炉子中焊接了PWD13F60，STM32F410和扼流圈，用于dc / dc 12-3.3V。 其余的已经用烙铁焊接了，结果是这样的：
这是一个这样的模块。 为了进行检查，我们从外部电源（例如，路由器的电源）提供12V电压-该连接器标配2.1毫米引脚。 接下来，对于电源输入，首先，您可以从实验室PSU施加约20-30V的电压，并为STM编写最简单的代码，抽动电桥并查看输出结果。 如果闲置，一切都很冷-好。 我们将负载从电阻器连接到输出，以使电流消耗为1A，并观察加热情况-模块应略微发热，过热度不得超过5度。 如果是这种情况，则我们编写代码以生成正弦波，然后在20-30V下再次检查它，然后才能施加整流后的电源电压。 我建议您先通过40 W白炽灯向+ VIN间隙施加电压，如果在空闲状态下一切正常，然后将相同的40 W灯添加到输出-可以工作吗？ 然后，从入口处取下灯。 我们对正在运行的逆变器感到满意。
顺便说一句，那些不想编写代码的人，我可以在Ali上购买EG8010芯片，而不仅仅是芯片，而不是模块，并且可以得到相同的逆变器，而不必为STM32编写代码。 我认为许多替代能源爱好者无疑会感到高兴，因为 不是每个人都可以，也不是每个人都希望在微控制器上编写代码。
总结
这是用ST制作的有趣模块。 我认为许多人会对它感兴趣，因为 减轻了我们在电力电子设计中出现的许多问题，并使我们能够获得非常小的转换器尺寸。
提议的电路板设计已经过测试，没有发现任何问题，使用伪参数进行一切都很好，因此，凡是对研究此模块和整个功率电子器件感兴趣的人，建议您至少熟悉一下它，并可能重复进行而不作任何更改。 顺便说一句，我将档案文件与Altium Designer中的项目相连-
这里 。
在下一篇文章中，我将改编第一篇文章中的代码，并实现一个成熟的DC / AC逆变器，原则上，甚至在构建用于太阳能电池板或风力发电机的逆变器时，也可以使用该逆变器。