采用MOSFET的三相多电平逆变器开发方案

采用MOSFET的三相多电平逆变器开发方案

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采用MOSFET的三相多电平逆变器是一种先进的逆变器技术，可以将直流电源转换为高效的交流电源。

方案简介

在设计MOSFET逆变器时，需要考虑以下因素：

1.电路拓扑结构：采用哪种电路拓扑结构，如正弦波变换器、交流-直流-交流变换器等，需要根据具体的应用场景进行选择。

2.MOSFET选型：需要根据电路的工作电压、电流和功率等参数，选择合适的MOSFET器件，以保证电路的稳定性和可靠性。

3.电路设计：需要进行电路设计，包括PWM控制器、功率开关管、滤波器等组件的设计和选型。

4.温度控制：由于MOSFET逆变器在高温环境下易受损，因此需要采取温度控制措施，如PWM控制器的温度补偿、电容滤波器的散热等。

5.可靠性设计：MOSFET逆变器的可靠性非常重要，需要进行各种测试和验证，如过载测试、短路测试、温度测试等，以确保电路的稳定性和可靠性。

该参考设计提供了具有5电平输出的相多电平逆变器的设计指南、数据和其他内容。其采用150V MOSFET驱动AC 200V电机。

三相多点平逆变器方案框图

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特点

· 采用150V MOSFET 驱动AC 200V电机

· 外形尺寸：240mm × 150mm

· 采用了TLP152栅极驱动光耦，具有体积小、高速开关、共模抑制、高压隔离等特点

· 使用了TPH9R00CQ5功率MOSFET作为开关装置，具有高速内置二极管，可减少开关损耗

· 在MOSFET逆变器中，采用了多电平技术，即将交流电分解为多个频率等级，以减小变频器的体积和功耗。而在MOSFET逆变器中，多电平技术通常采用三相四电平的设计，以适应三相交流电的特性

· 该逆变器使用多层MOSFET配置，实现了高效的精确电压输出控制

· 逆变器具有5级PWM电压输出，输入电压为DC 400 V，控制电源输入为DC 5 V

· 三相多电平逆变器具有高效、节能、可靠等优点

· 在实际应用中，根据具体的应用场景进行选择和设计，以达到更佳的效果

适用领域

当涉及到具体的产品时，三相多电平逆变器可以应用于以下几个领域和产品：

1.太阳能光伏发电系统：太阳能光伏发电系统中的逆变器负责将太阳能电池板产生的直流电转换为交流电。三相多电平逆变器可以提供高质量的交流电输出，适用于大型光伏电站和分布式光伏系统。

2.风力发电系统：风力发电系统中的逆变器将风力涡轮机产生的直流电转换为交流电。三相多电平逆变器可以提供更高效、更稳定的能量转换，并适应不同的风速和功率输出要求。

3.电动汽车充电桩：电动汽车充电桩需要将电网交流电转换为适合电动汽车充电的直流电。三相多电平逆变器可以提供可调节的输出电压和电流，以满足不同型号和充电需求的电动汽车（快充需更换MOS管与DC-DC电源管理芯片）

4.工业驱动系统：工业自动化系统中的电动机驱动需要稳定的交流电源。三相多电平逆变器可以提供高质量的交流电输出，用于驱动各种工业设备，如泵、风机、压缩机等。

除了以上列举的产品外，三相多电平逆变器还可以应用于电力传输与配电系统、电力电子设备、UPS系统（不间断电源）、电网调频等领域。具体的应用取决于需求和系统设计。

参数

关键器件

该方案PCBA总价约:1036.7元

服务与支持

· 整体解决方案：提供完整的逆变器方案以满足客户需求，并根据客户要求进行定制和优化。

· PCB :提供PCB板、PCB制造文件、钢网文件、印刷文件、Layout文件。确保布局合理、布线稳定。客户可根据自身需求进行二次开发和布局的调整。

· MOSFET和栅极驱动隔离光耦选型：提供MOSFET、栅极驱动隔离光耦的选型建议，并协助客户进行选型产品的参数和使用指南的获取。

· 相关设计参考文献：IC相关设计文档、电路拓扑、设计原理解析、主要元器件选型规则、产品行业相关规定。

· 套料：根据客户需求提供BOM套料，确保质量可靠。

器件简介

功率MOSFET TPH9R00CQ5

该逆变器采用TPH9R00CQ5进行切换。

特点

快速反向恢复时间：trr= 40 ns (Typ.)

小反向回收费用：Qrr= 34 nC (Typ.)

小型闸门电荷：Q西南部= 11.7 nC (Typ.)

低电阻：Rds（开启）= 7.3 mΩ (Typ.)(Vgs= 10 V)

低泄漏电流：IDSS=10μA（Max值）(Vds= 150 V)

易于使用的增强类型：Vth= 3.1至4.5 V (Vds= 10 V, ID= 1.0 mA)

栅极驱动器光耦 TLP152

该逆变器使用TLP152作为逆变器电路中使用的MOSFET的栅极驱动器。

特点

缓冲区逻辑输出类型（图腾柱输出）

输出峰值电流：±2.5A（Max值）

工作温度范围：-40~100℃

供电电流：3.0 mA（Max值）

电源电压：10至30 V

阈值输入电流：7.5 mA（Max值）

传播延迟时间：tpHL=190ns（Max值），tpLH=170ns（Max值）

共模瞬态抗扰力：±20kV/μs（最小）

隔离电压：3750Vrms（最小值）

安全标准符合性

CMOS数字集成芯片 TC7MPB9307FT

低压、低功耗8位双电源总线开关

特点

工作温度范围宽:Topr=-40至125C(注1)

工作电压:1.8 V至25V/18 V至33 V/18V至5.0V/25V至33V/25V至5.0V/3.3V至5.0 V双向接口

定向量:Vssa=1.65到5.0V，Vsv=2。从5号开始5V

LowON-抗蚀剂ance:ron=5.0Q(typ.)@VIS=0 V，11s=30 mA，vcca=3.0 V，VCCB=4.5V

静电放电性能:机器模式200V，人体模式2000V

输出使能输入处的5.5V容差和掉电保护。

包装:TSSOP20

注1:Topr=-40°C至125C的工作范围规格仅适用于2020年4月以后生产的产品。

比较器 TC75W57FK

该逆变器采用TC75W57FK作为过电流检测的比较器。

特点

低电流消耗：Idd= 200 μA (Typ.)

单电源运行

宽共模输入电压范围：Vss至Vdd-0.9 V

推拉输出电路

低输入偏置电流

小封装

开关稳压器 TK17V65W

特点

低电阻率:电阻率=0.175Ω

采用超结结构:DTMOS

易于控制栅极切换

增强模式:电压Vth=2.5至3.5V(电压VDs=10VID=0.9mA)

负载开关管 SSM3K15AFS

特点

类型：N沟道

漏源电压(Vdss)：30V

连续漏极电流(ld)：100mA

功率(Pd)：100mW

导通电阻(RDS(on)@Vgs,ld)：3.6Ω@4V,10mA

阈值电压(Vgs(th)@ld)：1.5V@100uA

输入电容(Ciss@Vds)：13.5pF@3V

开关稳压器 TPN7R006PL

特点

高速切换

小栅极电荷:Qsw=6.8 nC (典型值)

小输出电荷:质量=20nC(典型值)

低漏极-源极导通电阻:RDS (典型值ON=54m2(Vcs=10V)

低漏电流:lpss=10 uA(Max值) (电压差=60伏)

增强模式:Vu=1.5至25 V (Vbs=10V,Ib=0.2mA)

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