引言
在当今能源转换需求日益增长的背景下，高效、稳定的逆变器成为太阳能系统、车载电源、应急备用电源等领域的核心设备。本文将深入解析一款基于CXMD32133 SPWM专用芯片设计的1000W正弦波逆变器Demo方案——CGD1000W_V2，从其技术特点、工作原理、保护机制到实际应用价值，进行全面而系统的介绍。
一、产品概述
CGD1000W_V2是一款额定输出功率为1000W、峰值功率可达1200W的高性能正弦波逆变器。其输出电压稳定在220V ± 2%，频率精度高达50Hz ± 0.1Hz，具备优异的波形质量，空载失真率低于1.5%，满载失真率小于3%，完全满足工业与家用电器对电源质量的高要求。
CGD1000W_V2 这款逆变器是基于 CXMD32133 SPWM 专用芯片而设计的 Demo 方案。其额定的输出功率
为 1000瓦, 最大输出功率为 1200 瓦，输出电压为 220V±2%，输出频率为 50Hz±0.1Hz，额定输出电流为 4.6 安培。
1.1.该逆变器集成了多项保护功能，包括：
1.1.1）直流母线过压/欠压保护
1.1.2）输出过载与过流保护
1.1.3）PCB与IGBT过温保护
1.1.4）输出短路保护
1.2.该逆变器通过串口可设置或读取以下参数：
1.2.1）串口通讯可设置参数：
1.2.1.1）50Hz 纯正弦波固定频率
1.2.1.2）60Hz 纯正弦波固定频率
1.2.1.3）交流输出电压
1.2.1.4）温度保护值
1.2.1.5）额定功率保护值
1.2.1.6）额定电流保护值
1.2.1.7）故障复位
1.2.2）串口通讯可读参数：
1.2.2.1）交流输出电压
1.2.2.2）交流输出频率
1.2.2.3）交流输出功率
1.2.2.4）交流输出电流
1.2.2.5）交流输出 PF 值
1.2.2.6）直流母线电压
1.2.2.7）故障代码
此外，通过UART串口通信，用户可灵活设置输出频率、电压、保护阈值等参数，并实时读取输出电压、电流、功率、PF值、母线电压及故障代码，极大提升了系统的可监控性与可维护性。
二、核心芯片CXMD32133介绍
CXMD32133是一款高度集成的数模混合芯片，采用CMOS工艺制造，封装形式为LQFP80或QFN70。其内部集成了SPWM正弦波发生器、死区时间控制、多路反馈保护电路和UART通信模块，具备以下突出特点：
2.1.电流模式控制：提升系统响应速度与稳定性；
2.2.中心对齐PWM调制：优化开关损耗与EMC性能；
2.3.内置两路600V半桥驱动器：驱动能力达±2A，支持逐周关断保护（SD1/SD2），有效防止MOS管损坏；
2.4.支持三相组网：通过光耦隔离与同步信号，可实现三相机型并联，输出相位差120°的三相电源。
三、系统结构与工作原理
该方案为 DC-DC-AC 两级功率变换结构，前级为隔离 DC-DC 升压电路，采用了 CGT003 前级全
桥准谐振升压的驱动模块，DC-DC升压变换结构如图5-1，将蓄电池直流24V或48V转换到310V～400V
高压直流母线电压，后级为 DC-AC 全桥变换器，采用了 CGS005 电流模式的 SPWM 驱动模块，将高
压直流母线电压转换到 220VAC 的纯正弦波电压，能实现空载波形失真率小于 1.5%、满载波形失真率
小于3%和高精度输出电压的特性，能满足逆变器行业的波形要求。
之间，导致所选的功率器件尺寸比较大，很难实现高效率及小体积的变换器。
在CGD1000W_V2逆变器中，公司采用了专有的软开关技术，该技术是准谐振的软开关全桥电路，
具有开关频率高达70KHz，变换器体积小，功率MOS管开关损耗小、效率高，成本低等优点，每个
PWM周期里都使功率MOS管工作在零电流（ZCS）开启和关断模式，大大降低了开关管的发热量，
同时也设计为满载 1000W 时无需外加散热片为目的，在逆变器市场上是前所未有的、完全创新的
设计。现将结构描述如下：
CGD1000W_V2采用DC-DC-AC两级变换结构：
图 5-1 为全桥准谐振 DC/DC 变换器原理图，直流 24V 蓄电池电压通过 Cin 滤波电容连接
到全桥MOS管Q1和Q3的D端，Cin滤波电容采用了多个MLCC低ESR 的电容并联，Q1、Q2 和Q3、
Q4，驱动信号为频率70KHz、占空比为50%、上下管死区为500nS的PWM 互补信号，谐振电路器
件由Lr，Cr组成串联谐振，调试时调整PWM频率使其对应到Lr，Cr谐振点上，目的使其Q1和Q2
能实现ZCS开启和关断，输出桥式整流由D1、D2、D3、D4组成，经Cout大电容滤波后得到较平
滑的高压直流电压。直流24V升压到360V左右的高压，主要由变压器的匝比来完成，合理设计变
压器的匝比，使变换器工作在开环模式，来实现控制逻辑最简化。
为了更好的理解全桥准谐振电路的工作原理，现将 Q1、Q2 和 Q3、Q4 实现零电流开启和
关断的过程描述如下: 结合图 5-1 的原理图，谐振电路由 Lr 和 Cr 组成串联谐振，谐振频率根据
公式f=1/[2π√(LrCr)]，其中 Lr 是包括变压器的漏感。
图 5-2为Q1、Q2和Q3、Q4工作在软开关全桥模式下工作波形，”G1 on Q1”信号为Q1
MOS管的门极波形，”G2 on Q2” 信号为 Q2 MOS 管的门极波形，”G3 on Q3”信号为Q3
MOS管的门极波形，”G4 on Q4”信号为Q4 MOS管的门极波形，Q1、Q2 和 Q3、Q4为频率
70KHz，占空比为50%，死区为500nS的PWM互补信号。假设正周期Q1、Q4的门极为高电平
使其导通， 24V 电源将通过 Q1 和 Q4 加在 T1 变压器的 NP 绕组两端，变压器的NS两端将产生
24VxN倍的电压（N 为变压器匝比）， 由变压器的同名端可知，NS的电压将通过Lr、Cr、D1和
D4 提供给负载，当电流流过Lr和Cr时，谐振电流将按正弦规律变化，此电流对应到变压器的初级
电流如图 5-2 所示的“In(p)”电流波形的正半周，“D2 on Q2” 信号为Q2 MOS管的漏极波形，
从图 2-2 中可以看出Q1和Q2的开启和关断都工作在零电流模式下。同理负周期Q3和Q2的门
极为高电平使其导通， 24V电源将通过Q3和Q2加在T1变压器的NP绕组两端，变压器的NS
两端将产生24VxN倍的电压（N 为变压器匝比）， 由变压器的同名端可知，NS的电压将通过
Lr、Cr、D2和D3提供给负载，当电流流过Lr和Cr时，谐振电流将按正弦规律变化，此电流对
应到变压器的初级电流如图2-2所示的“In(p)”电流波形的负半周，“D4 on Q4”信号为Q4
MOS管的漏极波形，从图5-2中可以看出 Q3 和 Q4 的开启和关断都工作在零电流模式下。
传统逆变器的DC/AC变换器一般都采用电压模式的SPWM控制方式作为主控，开关频
率一般都在20KHz左右，导致所选的LC滤波电感感量比较大，重负载时电感容易饱和。在
CGD1000W_V2 的Demo板上，DC/AC级是采用CGS005电流模式的SPWM控制方式，
该模块采用中间对齐 PWM 调制方式，调制频率为 20KHz，此调制方式的优点是H桥上开关
管的频率为 20KHz，输出电感和输出电容上的开关频率是PWM频率的二倍（40KHz），
跟传统逆变器的单极性或双极性调制方式相比，在相同功率下，MOS管或IGBT管上的开关
损耗相同，作用在输出电感和电容上的频率是传统的2倍，这种调制方式可以降低电感的体
积和线径，同时采用了电流模式的SPWM控制方式后，能提高带感性及容性负载能力。
3.1.前级DC-DC升压：
3.1.1)使用CG7003模块实现全桥准谐振升压，将24V/48V直流输入升至310–400V高压直流；
3.1.2)采用70kHz高频软开关技术（ZCS），显著降低开关损耗与发热，提升效率；
3.1.3)变压器设计精密，开环控制简化逻辑，提升可靠性。
3.2.后级DC-AC逆变：
3.2.1)采用CGS005电流模式SPWM控制模块，调制频率20kHz；
3.2.2)中间对齐PWM方式使电感和电容工作频率达40kHz，减小磁性元件体积；
3.2.3)支持容性与感性负载，适用性强。
四、效率与性能表现
根据实测数据，该逆变器在不同输入电压下均保持高效运行：
4.2.输入25V与28V时效率进一步提升，满负载仍保持良好散热表现，无需外接散热片。
五、PCB与硬件设计
方案包含三块核心板卡：
5.1.功率底板：集成IGBT、MOS管、滤波电容、电流互感器等；
5.1.1)24V/1000W 功率底板原理图
5.1.2)48V/1000W 功率底板原理图
5.2.前级驱动板CGT003：基于CXMD32130推挽控制芯片，驱动前级全桥；24/48/60V 控制板原理图
5.3.SPWM控制板CGS005：以CXMD32133为核心，实现SPWM生成与保护逻辑。
PCB布局合理，走线清晰，支持双面板设计，具有良好的EMC与热管理性能。
5.4.CGD1000W_V2 功率底板元器件位图
5.4.1) CGD1000W_V2 功率底板 Top 丝印层
5.4.2)CGD1000W_V2 功率底板 Bottom 丝印层
5.5.CGD1000W_V2 功率底板 PCB 走线图
5.5.1)CGD1000W_V2 功率底板 Top 层走线图
5.5.2)CGD1000W_V2 功率底板 Bottom 层走线图
5.6.CGS005 元器件位图
5.6.1)CGS005 Top 丝印层
5.6.2)CGS005 Bottom丝印层
5.7.CGS005 PCB 走线图
5.7.1)CGS005 Top 层走线图
5.7.2)CGS005 Bottom 层走线图
5.8.CGT003_24/48/60V 全桥前级驱动板元器件位图Top 丝印层
5.9.CGT003_24/48/60V 全桥前级驱动板 PCB 走线图
5.9.1)CGT003_24/48/60V Top 层走线图
5.9.2)CGT003_24/48/60V Bottom 层走线图
六、变压器设计与绕制
变压器采用CQ4020磁芯，绕制结构如下：
6.1.主绕组使用2mm铜片，分两段绕制，每段1匝；
6.2.输出绕组为100股0.1mm丝包线，共30匝，疏绕方式降低寄生参数；
6.3.层间绝缘采用3M胶带，确保耐压与可靠性。
七、应用场景与市场价值
该方案适用于：
7.1.太阳能发电系统
7.2.车载逆变电源
7.3.UPS备用电源
7.4.离网电力系统
其高集成度、高可靠性、灵活的通信接口与完善的保护功能，使其在工业与消费类市场中具备显著竞争力。
八、方案板元器件列表
8.1.CGD1000W_V2 功率底板 BOM 表
8.1.CGT003_24V 控制板 BOM 表
8.3.CGS005 控制板 BOM 表
结语
CGD1000W_V2逆变器方案凭借CXMD32133芯片的先进技术与系统级的优化设计，实现了高效率、低失真、高可靠性的电源转换效果。无论是从技术指标还是实际应用表现来看，该方案都代表了当前中小功率逆变器的先进水平，具备广泛的市场前景与技术参考价值。
