CXMD32131逆变器控制芯片：电流模式SPWM调制，支持三相级联与多机应用
一、芯片核心特性与应用领域CXMD32131 是一款专为高性能逆变器设计的控制芯片，采用电流模式中心对齐PWM调制技术，载波频率20kHz，兼容MOS管与IGBT功率器件。其独特架构支持实时输出电压/电流跟踪（每周期50μs），实现空载波形失真率<1.5%、满载<3%的高精度输出，满足工业级正弦波逆变需求。1.关键特性亮点：1.1灵活配置功能1.1.1)死区时间可选：300ns/500ns/1μs/1.5μs（通过DT0/DT1引脚设置）1.1.2)桥臂互换控制（HM引脚）：优化PCB布局1.1.3)固定频率选择：50Hz/60Hz（FRQSEL引脚）1.1.4)软启动使能（SST引脚）：降低开机冲击1.2多机级联与三相支持1.2.1)通过Multi_INV引脚选择主机/从机模式1.2.2)Phase_SEL引脚实现0°/120°相位跟踪1.2.3)同步信号（VZC_IN输入、AC_Fout输出）支持光耦隔离级联，构建三相四线系统（需独立隔离母线电源）1.3.全保护机制CXMD32131 内置了完善的系统保护功能，提供了输出过载保护、输出过流保护、直流母线电压过压和欠压保护、输出电压欠压保护、过温保护及短路保护等。 同时提供了两种复位方式 , 一种是硬件复位 , 由芯片的 28 脚 AC_RST 低电平有效进行复位 , 另一种由UART 串口命令复位 , 通过逆变器开启寄存器。
下列的各项保护参数值是基于 1KW 应用图而设定的，如用户有特殊要求，可以提供修改。1.3.1)电压保护：直流母线过压(>440V)/欠压(<290V)、交流输出欠压1.3.2)输出过流保护：过载(>1200W)、过流(>5.5A)、短路(响应<30ms)
CXMD32131 具有过流保护功能，过流值大于 5A 时，红灯 LED 指示灯开始闪烁，过流值大于 5.5A 并持续60 秒时，逆变器关断，并输出红灯LED常亮，同时用户通过串口可以读出相应的保护信息。
1.3.3)PCB过温保护：PCB过温(>85℃)、IGBT过温(>130℃)
CXMD32131具有PCB过温保护功能，PCB温度大于85℃时，逆变器关断，并输出红灯 LED 常亮，同时用户通过串口可以读出相应的保护信息。1.3.4)输出过载保护:
CXMD32131 具有过载保护功能，过载功率大于 1100W 时，红灯 LED 指示灯开始闪烁，过载功率大于 1200W并持续 60 秒时或大于 1300W 并持续 1 秒，逆变器关断，并输出红灯 LED 常亮，同时用户通过串口可以读出相应的保护信息。
1.3.5)直流母线电压过压、欠压保护
CXMD32131 具有母线电压过压和欠压保护功能，直流电压低于 290V 或高于 440V 时，逆变器关断，并输出红灯LED常亮，提供用户通过串口可以读出相应的保护信息。
1.3.6)功率管过温保护
CXMD32131 具有功率管过温保护功能，功率管温度大于 130℃时，逆变器关断，并输出红灯 LED 常亮，同时用户通过串口可以读出相应的保护信息。
1.3.7)短路保护
CXMD32131 具有输出短路保护功能，短路保护时间小于 30mS，当输出短路发生时，逆变器关断，并输出红灯 LED 常亮，同时用户通过串口可以读出相应的保护信息。1.3.8)MOS管峰值电流保护
CXMD32131+CXBD3501 的 SPWM 驱动板方案中，MOS 管的峰值电流保护部分，使用了CXBD3501芯片中自带的200mV 基准源的高速比较器，用户可以通过外部的采样电阻阻值大小及采样分压电阻的比例，来设定 MOS管的峰值电流保护值，电路结构图如图 9.7a所示。http://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/07-29/70676280d00d1f50815a66ec4f7ad06d.png
当设定四路 MOS 管的峰值电流保护值时，下列的计算公式供参考设计：
MOS 管 S1 的峰值电流保护值为： Is1_peak=200mV*(1+R26/R25)/RS1
比如如图 9.7a所示的参数， R26=10K ， R25=10K ， RS1=10mΩ时，
Is1_peak=200mV*(1+10K/10K)/10mΩ=40A
MOS 管 S2 的峰值电流保护值为： Is2_peak=200mV*(1+R36/R30)/ （ RS2+RS5 ）
比如如图 9.7a所示的参数， R36=10K ， R30=3.3K ， RS2=10mΩ， RS5=10mΩ时，
Is2_peak=200mV*(1+10K/3.3K)/(10mΩ+10mΩ)=40A
MOS 管 S3 的峰值电流保护值为： Is3_peak=200mV*(1+R33/R29)/RS3
比如如图 9.7a所示的参数， R33=10K ， R29=10K ， RS3=10mΩ时，http://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/07-29/70676280d00d1f50815a66ec4f7ad06d.png
Is3_peak=200mV*(1+10K/10K)/10mΩ=40A
MOS 管 S4 的峰值电流保护值为： Is4_peak=200mV*(1+R24/R23)/ （ RS4+RS5 ）
比如如图 9.7a所示的参数， R36=10K ， R30=3.3K ， RS2=10mΩ， RS5=10mΩ时，
Is4_peak=200mV*(1+10K/3.3K)/(10mΩ+10mΩ)=40A2.应用领域覆盖：2.1)单相/三相纯正弦波逆变器2.2)光伏/风力发电逆变系统2.3)锂电发电机、储能电源、UPS不间断电源二、硬件设计关键要点1.反馈电路设计1.1)电压反馈(VAC_FB)：1.1.1)差分运放采样输出电压，内部基准为1.65V DC偏移+1.36V幅值正弦波。设计需严格匹配电阻对称性：1.1.2)R48+R46 = R49+R47, \quad (R32//R33) = (R36//R34)1.1.3)230V输出方案：运放增益≈1/240（例：峰值325V→VAC_FB=3.03V）1.1.4)120V输出方案：增益≈1/118（例：峰值170V→VAC_FB=3.12V）
CXMD32131 是通过外部运放组成的差分放大器，实时采样交流输出电压，输出电压的调整率为每个 PWM 周期(50uS)时间，跟传统逆变器峰值电压采样的方式相比，CXMD32131 的输出电压精度和动态响应时间大大提高，波形失真度能在3%以内。CXMD32131 内部的正弦电压基准为直流偏移量1.65V+幅值1.36V的50Hz或60Hz正弦波，通过外部差分运放的放大和直流偏移量1.65V叠加后，送入到CXMD32131的26脚VAC_FB，经误差计算后，然后调整相应的输出电压。具体应用电路图可参考图 8.2a 和图 8.2b。
应用时必须要保证差分运放外接电阻的对称性 , 即(R48+R46)=(R49+R47),(R32//R33)=(R36//R34)当设定输出电压值时，下列的计算公式供参考设计：
用于 230V输出电压的计算步骤，电路结构图如图 8.2a：
第一步、计算直流偏移量：运放输出 Vout_DC=R33/(R32 + R33) x 5V=5.1K/15.1K x 5V≈1.68V（参考图 8.2a）http://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/07-29/bf3b9b6f21e0854784c3f604d8d89397.png
第二步、计算运放放大倍数： A=(R36//R34)/(R48+R46)
第三步、计算输出电压： Vout_AC=A*Vin
Vout_AC =R36 // R34 /(R48 + R46)x(VACL -VACN) ≈ 1/240 x(VACL -VACN) （参考图 8.2a）
从上述公式得出，该运放的放大倍数为1/240倍，比如当交流230V输出，峰值电压为325V，经差分运放1/240倍的放大后，输入到CXMD32131的26脚，其幅度为VAC_FB=Vout_DC+Vout_AC=1.68V+1.35V=3.03V，然后经内部电路误差计算后，再调整输出电压。用于 120V输出的计算步骤，电路结构图如图 8.2b的参数：
第一步、计算直流偏移量：运放输出 Vout_DC=R33/(R32 + R33) x 5V=5.1K/15.1K x 5V≈1.68V（参考图 8.2b）http://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/07-29/89952e43a50757c090e025ffdb7d659a.png
第二步、计算运放放大倍数： A=(R36//R34)/(R48+R46)
第三步、计算输出电压： Vout_AC=A*Vin
Vout_AC=36 // R34 /(R48 + R46R)x(VACL -VACN) ≈ 1/118x(VACL -VACN) （电阻值参考图 8.2b） 从上述公式得出，该运放的放大倍数为 1/118 倍，比如当交流 120V 输出的峰值电压为 170V 时，经差分 运 放1/118倍的放大后，输入到CXMD32131的26脚，其幅度为VAC_FB=Vout_DC+Vout_AC=1.68V+1.44V=3.12V，然后经内部电路误差计算后，再调整输出电压。1.2)电流反馈(IFB1P/N, IFB2P/N)：1.2.1)双路交替采样电流，内部增益9.5倍。采样电阻RS推荐0.01Ω（1.5kW应用），最大饱和电流： I_{max} = 3000mV / (9.5 \times R_s) CXMD32131 采用了交替轮流方式采样输出电流，电路结构如图 8.3a 所示，IFB1P、IFB1N 和 IFB2P、IFB2N 分别采样 RS2 和 RS4 电阻上的电流，经内部 9.5 倍增益放大后，送入内部反馈模块进行运算， PCB走线时 IFB1P 、 IFB1N 和 IFB2P 、 IFB2N 需走差分信号线，串联在 IFBxP 和 IFBxN 上的电阻值推荐为 100Ω，如下图 8.3a 中的 R97、 R98 、 R101 和 R102 ，如用户需更改该值，建议不要超过 1KΩ，否则会影响内部放大器的增益。 CXMD32131 的电流反馈值设置了最大饱和电流限制，最大饱和电流为：Imax=3000mV/9.5/Rs 如 Rs 选0.01Ω时，可得出最大电流 Imax=3000mV/9.5/0.01Ω=31.5A ，该电流值是比较适合 1.5KW 的逆变器应用，不同功率应用时，可选取不同阻值的采样电阻值，可参考上述的公式进行计算。 应用时 ,IFB1P 、 IFB1N 和 IFB2P 、 IFB2N 脚不能做悬空或接地处理，必须要严格按照 8.7 章节的接法，否则不能输出正常正弦波形。在批量生产时，考虑硬件精度的误差导致输出电压和输出电流的偏差，提供了上位机软件，供输出电压和输出电流校正，用户可以到我司的网站上或联系我们，下载相应的上位机软件。1.3)布线要求：差分走线，串联电阻≤1kΩ（典型值100Ω）。2.保护电路设计2.1)温度检测(TFB1/TFB2)：2.1.1)PCB测温：10k NTC（B=3950） + 6.2kΩ分压，85℃保护（迟滞10℃）2.1.2)IGBT测温：100k NTC + 6.2kΩ分压，130℃保护（迟滞10℃）
CXMD32131 提供了两路温度反馈 TFB1 和 TFB2 用于温度检测及保护，TFB1 主要用于PCB 板级的温度保护， TFB2 主要用于功率管的温度保护，电路结构如图 8.4a所示。http://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/07-29/f1a2f7dc0b12d57a3603ec4117f4aa0a.png
TFB1 的检测电路由RT1和电阻 R60组成一个简单的分压电路，RT1 选用 25℃对应阻值10K（B 常数值为 3950）的 NTC 热敏电阻，下拉电阻R60 选用2KΩ，TFB1 引脚的过温电压值设定在 3.3V，对应温度保护值 85℃左右 (此时 NTC 的电阻值为 1.08K ） , 退出过温保护的迟滞值为 10℃，即低于 75℃退出过温保护。 TFB2 的检测电路由 RT2 和电阻R61组成一个简单的分压电路，TFB2 主要用功率管的温度保护，RT2 选用25℃对应阻值100K（B 常数值为 3950）的NTC热敏电阻，下拉电阻 R61 选用 6.2KΩ，TFB1 引脚的过温电压值设定在 3.3V，对应温度保护值 130℃左右 (此时 NTC 的电阻值为 3.526K ） , 退出过温的迟滞值为
10℃，即低于 120℃退出过温保护。2.2)母线电压检测(VDC_IN)：过压关断2.8V（对应440V），欠压关断1.8V（对应290V），外接分压电阻实现。
为了防止过高或过低的母线电压输入到逆变器而引起的损坏，CXMD32131 芯片内置了母线电压检测电路，提供了直流母线电压过压和欠压两种关断功能，电路结构图如图 8.5a 所示，通过 CXMD32131 的 27 脚，外接分压电阻来实现母线电压的检测。
CXMD32131 芯片内部的过压关断值为 2.8V，按图 8.5a 的参数，对应的过压保护值为 440V，延时时间为500mS ，退出过压保护的迟滞值为 10V，即低于 430V退出过压保护。 欠压关断值为 1.8V，按图 8.5a 的参数，对应的欠压保护值为 290V，延时时间为 10S ，退出欠压保护
的迟滞值为 30V，即高于 320V 退出欠压保护。http://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/07-29/818d2b62a3c3e1f6ebf2d6785c69e71f.png
3.死区时间配置CXMD32131 芯片的引脚 DT1,DT0 是控制死区时间，死区时间控制是功率 MOS 管的重要参数之一，如果无死
区时间或太小会导致上下功率 MOS 管同时导通而烧毁 MOS 管现象, 如果死区太大会导致波形失真及功率管发热严重现象，图 8.6a 为 CXMD32131 内部死区控制时序，如图所示引脚 DT1,DT0 去设置 4 种死区时间,“00”是 300nS 死区时间，“01”是 500nS 死区时间 , “10”是 1uS 死区时间 , “11”是 1.5us 死区时间。http://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/07-29/4cfbc6ce14d19421fa4b64b0b1d94578.png
死区时间直接影响功率管安全与效率：
DT1DT0死区时间
00300ns
01500ns
101μs
111.5μs
4.PWM调制方式CXMD32131 采用中间对齐 PWM 调制方式，调制频率为 20KHz，该调制方式的优点是 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。5.H桥的左、右桥臂互换控制
为考虑 PCB 布局时，需左、右桥臂对换下更利于走线的目的，CXMD32131 支持 H 桥的左右桥臂互换功能，该功能由 CXMD32131的引脚1脚（HM）来选择。
当 CXMD32131 的1脚输入为 “0”时，电路结构图如图8.7a所示，具体的说明如下：
CXMD32131 的输出信号 PWM2H、PWM2L 控制左桥臂的功率管 S1 和 S2，输出信号 PWM1H、PWM1L 控制右桥臂的功率管 S3 和 S4 ，如图 8.7a 所示。
此时， IFB2P 和 IFB2N 是负责左桥臂的电流采样，需接到 RS2 的电阻上， IFB1P 和 IFB1N 是负责右桥臂的电流采样，需接到 RS4 的电阻上。
电压反馈上， ACL 上的电感 L1 需接到 H 桥左桥臂的中点， ACN 上的电感 L2 需接到 H 桥右桥臂的中点，差分运放的正端经分压衰减后接到 ACL，负端经分压衰减后接到 ACN，这样保证输出电压反馈跟内部基准电压同相位。三、多机系统与三相架构实现1.单相并联方案1.1)主机配置：Multi_INV=0, Phase_SEL=01.2)从机配置：Multi_INV=1, Phase_SEL=01.3)同步信号AC_Fout（主机）→ VZC_IN（从机），实现相位同步。http://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/07-29/5e36f4ff7d60697b581c6b9f543fa339.png
2.三相四线系统2.1)三台逆变器级联，母线电源完全隔离（400V_A/GND_A, 400V_B/GND_B, 400V_C/GND_C）2.2)主机：Multi_INV=0, Phase_SEL=02.3)从机B：Multi_INV=1, Phase_SEL=1（120°相位）2.4)从机C：Multi_INV=1, Phase_SEL=1（240°相位）2.5)同步链路：主机AC_Fout → 从机B VZC_IN → 从机C VZC_INhttp://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/07-29/95783090a301f54b20dccf3dbe9e33d0.png
四、UART通讯协议详解串口描述 串口配置：（ 9600.8.N.1 ）波特率： 9600
数据位： 8 位
校验位：无
停止位： 1通讯功能：
串口通讯功能分为 APP 功能和 CFG 功能两部分。 APP 功能为正常应用功能，包含芯片主动发送状态消息，和接收外部控制命令的功能。CFG 功能为高级配置功能，主要实现芯片的工作模式配置、参数校准等功能。APP 功能通常应用在逆变系统工作时，而 CFG 功能通常应用在逆变系统停机状态下。通过 CFG 功能配置的参数，会存储在芯片内部的 FLASH 空间中，在芯片上电时自动加载。1.APP功能（运行时数据交互）APP 功能为正常应用功能，包含芯片主动发送状态消息，和接收外部控制命令的功能。 APP 功能通常应用在逆变系统工作时，持续向外发送状态消息，并实时接收外部命令，执行相应控制操作。1.1)消息格式：16字节，200ms周期发送1.2)关键数据字段：1.2.1)BYTE1-2：输出电压（0.1V分辨率）1.2.2)BYTE3-4：输出电流（0.01A分辨率）1.2.3)BYTE12-13：输出功率（1W分辨率）1.2.4)BYTE10：故障码（过载=0x01, 短路=0x02, 过温=0x07）1.3)控制命令：1.3.1)逆变开启：0x7D 0xD7 0xFE 0xDA1.3.2)逆变关闭：0x0F 0xF0 0x5A 0x361.4)APP 消息发送 芯片上电后，会间隔200ms周期持续向外部发送状态消息，长度为 16 个字节。http://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/07-29/ae67300749275601b3a1db11e7fb4c54.png
http://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/07-29/d684c8ec3181fe1f0c55dd2660427078.png
1.5)APP 消息接收芯片可接收的 APP 消息共有 2 条。
逆变关闭：收到逆变关闭消息后，关闭逆变输出。
逆变开启：收到逆变开启消息后，清除故障状态，启动逆变输出。
消息长度同样为 16 字节，超时 50ms 接收，即外部发送数据时，两个字节之间的时间间隔应小于
50ms，如超过 50ms，则判断为当前消息结束，为提高通讯效率，两个字节之间的时间间隔可以尽量小。两组消息之间时间间隔应大于 50ms，为避免接收乱帧，推荐两组消息之间时间间隔大于 100ms。http://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/07-29/8837f26ce7679c6d14a87b6fe19287df.png
2.CFG功能（参数配置）CFG 功能为高级配置功能，主要实现芯片的工作模式配置、参数校准等功能。 CFG 功能通常应用在逆变系统停机状态下。通过 CFG 功能配置的参数，会存储在芯片内部的 FLASH 空间中，在芯片上电时自动加载。CFG 功能需要外部发送请求消息，芯片响应请求服务并回复应答消息。
发送和接收均采用16字节固定长度，消息以 ASCII 码’E’、’G’开头， CRC16结尾。为区分APP消
息和 CFG 消息， CRC校验结果稍有不同， APP消息的CRC校验结果=f(X16+X15+X2+1)。而CFG消息的CRC校验结果相当于在APP校验基础上加1 ，即 CFG 消息的校验结果=f(X16+X15+X2+1)+12.1)消息头：0x45 0x47（ASCII "E G"）2.2)核心服务：2.2.1)0x22服务：读DID（例：读序列号、固件版本）
0x22 服务是读 DID 服务，系统的配置参数、版本信息等都存储在 DID 中，通过请求 0x22 服务，主机可以读取芯片的配置参数和版本信息灯内容。http://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/07-29/3f5ec3424e593e885a8e1eec0b158ae4.png
2.2.2)0x2E服务：写DID（例：写入生产日期）
0x2E 服务是写 DID服务，通过请求 0x2E 服务，主机可以将配置参数和版本信息等内容写入芯片。http://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/07-29/29e2029e7c3b56b10daa832424926949.pnghttp://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/07-29/eced74e1827aa6d2504c307727e32e03.png
2.2.3)0x2F服务：IO控制（例：sfun=0x03开启测试模式）http://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/07-29/1c25cddb338107cd0e8df2f3009419bd.png
2.3) CFG 请求消息http://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/07-29/42f49d9d4b5379d6e9bd5d7ec26aef52.png
2.4)CFG 应答消息http://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/07-29/37126392d5c12915bdc6b4bf6e329ef4.png
http://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/07-29/fd7a802c196fbd68f0777c55977cbea8.png
五、测试模式与生产调试为考虑在生产或调试逆变器时，需测试硬件电路的参数及工作情况，比如需测试 MOS 驱动器及门极的上升沿、下降沿参数、运放反馈电路等，CXMD32131 提供了一种测试模式，供用户调试硬件电路使用。通过接 CXMD32131的引脚 23（Test_Mode）到5V，CXMD32131 进入测试模式，在测试模式下，CXMD32131仅做的开环SPWM 输出，各项保护功能无效，即使电压反馈或电流反馈功能不正常，也不影响SPWM 输出。1.进入方式：Test_Mode引脚接高电平2.特性：2.1)开环SPWM输出，关闭所有保护2.2)反馈引脚范围放宽至0-5V（正常模式有严格限值）3.应用场景：3.1)功率管驱动时序测试3.2)运放电路硬件验证4.关键引脚在测试模式下和正常模式下的比较http://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/07-29/37f78338d8b40a835317d9d258d76245.png
六、典型应用电路参考1.前级升压方案1.1)12V输入：CXLE82104驱动芯片 + CXAC85204 DC/DC模块1.2)24V/48V输入：CXBD3538驱动芯片2.后级逆变方案2.1)H桥驱动：CXBD3501高压MOS驱动芯片2.2)电流采样：RS1-RS4四路独立检测（支持峰值电流保护）3.设计警示：3.1)组三相时母线必须隔离，避免共地干扰3.2)IFBxP/N差分走线长度误差<5mm，减少采样失真结语CXMD32131通过全数字化控制与模块化架构，解决了传统逆变器的波形失真、并联相位同步、多故障保护等核心难题。其兼容光伏/UPS/储能等多场景的特性，结合可扩展的三相级联能力，成为中高功率逆变系统的理想控制核心。开发者可通过串口协议实现远程监控与参数校准，显著提升系统智能化水平。技术规格书（产品PDF)需要详细的PDF规格书请扫一扫微信联系我们，还可以获得免费样品以及技术支持
产品封装图http://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/07-29/2c166240c1397aa219eeaa31462341c7.pnghttp://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/07-29/884376c5798c8df786ef6fc7d27ca067.pnghttp://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/07-29/e85fcad877ff8fc2d27cdb64ef5bf5a4.png
电路原理图
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