引言
在离网供电、车载电源、便携式发电及应急备用电源等领域，高效、稳定、轻量化的逆变器产品需求持续增长。本文重点解析一款基于CXMD32132 SPWM专用芯片开发的500W正弦波逆变器Demo方案——CXMD32132_24V_500W，从其核心特性、技术架构、工作原理到实际应用，进行全面介绍，为工程师和行业用户提供有价值的参考。
一、产品概述
CXMD32132_24V_500W是一款额定输出功率为500W、峰值功率达600W的高性能纯正弦波逆变器。其输入电压范围为20V–30V DC，输出电压稳定在220V AC ±10%，输出频率精度为50Hz/60Hz ±0.1Hz，额定输出电流2.3A，最大电流2.7A，具备优异的电气性能和波形质量，空载波形失真率小于1.5%，满载失真率低于3%。
该逆变器集成了多重保护机制，确保系统安全可靠运行：
1.1.电池欠压/过压保护
1.2.输出过载与过流保护
1.3.PCB与IGBT过温保护
1.4.输出短路保护
通过UART串口，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、频率及故障代码，实现系统的智能监控与维护。
二、核心芯片CXMD32132简介
CXMD32132是一款高度集成的数模混合芯片，采用QFN39封装，内部集成两路600V半桥MOS驱动器、SPWM正弦波发生器、死区控制、软启动、多重保护电路和UART通信接口。其主要特点包括：
2.1.内置高精度时钟：支持内置24MHz振荡器或外接晶体，保证输出频率精度；
2.2.电流模式控制：提升动态响应与带载能力；
2.3.集成运放与比较器：用于电压反馈和短路保护，支持逐周关断（SCP）；
2.4.全面的保护功能：包括输出欠压/过压、过流、过温及短路保护；
2.5.UART通信接口：支持参数设置与状态读取，便于系统集成与调试。
三、系统架构与工作原理
该逆变器采用DC-DC-AC两级变换结构：
3.1 前级DC-DC升压变换
前级采用CG1003零电流软开关全桥准谐振拓扑（见图4-1），将24V蓄电池电压升压至310–400V高压直流母线。其核心特点包括：
3.1.1)软开关技术（ZCS）：工作频率达70kHz，MOS管在零电流条件下开关，显著降低损耗与发热；
3.1.2)谐振网络设计：由Lr和Cr构成串联谐振回路，通过调整PWM频率匹配谐振点，实现高效能量转换；
3.1.3)开环控制策略：通过变压器匝比设计实现电压变换，控制逻辑简洁，可靠性高。
3.1.4)DC/DC 变换器-全桥准谐振变换原理
传统的逆变器，由于开关频率主要被开关管的开关损耗限制，开关频率一般都在 30KHz～40KHz
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 CXMD32132 500W 逆变器中，屹晶微公司采用了专有的软开关技术，该技术是准谐振的软
开关推挽电路，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 500W 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：
图 4-1 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Q 1 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 4-1 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 4-2 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 4-2 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 4-2 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 4-2 中可
以看出 Q3 和 Q4 的开启和关断都工作在零电流模式下。
图 4-2. Q1 and Q2 ZCS 谐振时的波形图
3.2 后级DC-AC逆变变换CGS015 SPWM工作原理
后级采用CGS015 SPWM驱动模块，实现单相全桥逆变（见图4-3），其调制方式为单极性调制：
3.2.1)高频臂调制频率20kHz，工频臂为50Hz互补信号；
3.2.2)通过反馈稳压（VB引脚）实现输出电压的精确控制；
3.2.3)经LC滤波器滤除高频分量，输出纯净50Hz正弦波。
3.2.4)如图 4-3 所示，CXMD32132 500W 的后级 DC To AC 逆变部分采用了单相全桥逆变
电路，驱动电路采用了一款专门用于单相纯正弦波逆变器的驱动板 CGS015。
该驱动电路采用了单极性调制方式，两组桥臂分别由高频臂和工频臂组成，高频臂的调
制频率为 20KHz，上下管信号为死区可调的互补信号,工频臂为 50Hz的上下管互补信号。
逆变器的输出电压由 CGS015 驱动板的 13 脚 VFB 稳压反馈来完成，在正半周 Q1、Q2
按 SPWM 规律互补导通和 Q3 截止、Q4 导通时，逆变器的输出为上正下负，大小为
Udc*M（调制系数），在负半周 Q1、Q2 按 SPWM 规律互补导通和 Q4 截止、Q3 导
通时时，逆变器的输出为下正上负，大小为-Udc*M，经 L1，C1 低通滤波器滤除高频信号后得到 50HZ 正弦
波输出。
3.3.结构概述
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 零电流软
开关全桥准谐振结构，DC-DC 升压变换结构如图 4-1，将蓄电池直流 24V 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 CGS015 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。
四、性能优势与技术亮点
4.1.高效率与小型化：软开关技术与高频运行使变压器和电感体积大幅减小，整机尺寸仅124mm×110mm×75mm；
4.2.优异的热管理：500W满载无需外接散热片，适用于紧凑空间；
4.3.高可靠性：逐周保护机制与多重故障诊断功能，保障系统长期稳定运行；
4.4.良好的兼容性：支持容性、感性负载，适用多种电器设备。
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、电流互感器等功率器件；
5.2.前级驱动板CGT003：基于CXMD32130实现推挽控制与驱动；
5.3.SPWM控制板CGS015：以CXMD32132为核心，生成SPWM信号并实现保护逻辑。
PCB布局合理，支持双面贴装与插接结构，具有良好的EMC性能和散热特性。
六、变压器设计与绕制工艺
变压器采用CQ4020磁芯，绕制结构如下：
6.1.主绕组使用1mm铜片，分两段各1匝密绕；
6.2.输出绕组为100股0.1mm丝包线，共30匝疏绕；
6.3.层间绝缘采用3M胶带，确保耐压与可靠性。
七、应用场景
该500W逆变器方案广泛应用于：
7.1太阳能储能系统
7.2车载逆变电源
7.3户外应急供电
7.4家用备用电源
7.5工业控制设备
八.CXMD32132 24V 500W功率板原理图
8.1.CXMD32132 500W Demo 板整机原理图24V/500W 功率底板原理图
8.2.CGT003_24/48/60V 控制板原理图,
8.3.CGS015 控制板原理图
九.CGD500W_V1 Demo 板的 PCB
9.1.CGD500W_V1 功率底板元器件位图,
9.1.1)CGD500W_V1功率底板 Top 丝印层
9.2.CGD500W_V1 功率底板 PCB 走线图
9.2.1)CGD500W_V1功率底板 Top 层走线图
9.3.CGS015 元器件位图
9.3.2) CGS015 Bottom丝印层
9.4.2)CGS015 Bottom层走线图
9.6.CGT003_24/48/60V 全桥前级驱动板 PCB 走线图
9.6.2)CGT003_24/48/60V Bottom层走线图
十.方案板元器件列表
10.1 CGD500W_V1 功率底板 BOM 表
10.2 CGT003_24V 控制板 BOM 表
10.3 CGS015 控制板 BOM 表
结语
CXMD32132_24V_500W逆变器方案凭借其高集成度、高效率、优异的波形质量和完善的保护功能，在500W级逆变器市场中具备显著竞争力。无论是从技术架构还是实际应用表现，该方案都为中小功率逆变器设计提供了优秀的参考范例，适合多种离网和移动电源场景的需求。
