全面解析逆变器用实例讲话

逆变器是一种把直流电能转变成交流电的装置。简单来讲，逆变器就是一种将直流电转化为交流电的装置。

常见逆变器类型

中小功率

中小功率逆变电源是户用独立交流光伏系统中重要的环节之一，因而各国的光伏专家们一直在努力开发适于户用的逆变电源，以促使该行业更好更快地发展。

多重串联型

多重串联型逆变器应用于电动汽车有诸多优点。串联结构输出电压矢量种类大大增加，增强了控制的灵活性，提高了控制的精确性；同时降低了电机中性点电压的波动。逆变器的旁路特点可提高充电和再生制动控制的灵活性。

随着人们对城市环境的日益关切，电动汽车的发展得到了一个难得的机遇。在城市交通中，电动大客车由于载量大，综合效益高，成为优先发展的对象。电动大客车大都采用三相交流电机，由于电机功率大，三相逆变器中的器件需要承受高电压和大电流应力的作用，较高的dv/dt又使电磁辐射严重，并且需要良好的散热。

而采用多重串联型结构的大功率逆变器则降低了单个器件承受的电压应力，降低了对器件的要求；降低了dv/dt值，减少了电磁辐射，器件的发热也大大减少；由于输出电平种类增加，控制性能更好。

多重串联型逆变器适用于大功率的电动汽车驱动系统。采用多重串联型结构，可降低多个蓄电池串联带来的危险，降低器件的开关应力和减少电磁辐射。但需要的电池数增加了2倍。

多重串联型结构输出电压矢量种类大大增加，从而增强了控制的灵活性，提高了控制的精确性；同时降低电机中性点电压的波动。为维持每组蓄电池电量的均衡，在运行时需要确保电池的放电时间一致。通过旁路方式，可灵活地对蓄电池组充电，还可控制再生制动的力矩。

车载

车载逆变器一般使用汽车电瓶或者点烟器供电，先将低压直流电转换为265V左右的直流电，然后将高压的直流电转变为220V、50Hz的交流电。车载逆变器打破了在车内使用电器的诸多局限。车载电源不仅适用于车载系统，只要有DC12V直流电源的场合，都可使用。车载逆变器充分考虑到外部的使用环境，当发生过载或短路现象时将自动保护关机。

单相电压源逆变器

电压源逆变器是按照控制电压的方式将直流电能转变为交流电能， 是逆变技术中最为常见和简单的一种，下面主要介绍单相电压源逆变器。

要从一个直流电源中获取交流电能，有多种方式，但至少应使用两个功率开关元件，单相逆变器有推挽式、半桥式、全桥式三种电路拓朴结构，如果每半个工频周期内只输出一个脉冲，我们称其为方波逆变器，如果每半个周期内有多个脉宽组成，并且脉冲宽度符合正弦波调制（SPWM）规律，则称其为正弦波脉宽调制输出。方波逆变技术实质上是一个单脉冲调制技术，下面介绍其工作原理。

1、推挽式逆变电路

下图是单相推挽式逆变器的拓朴结构，该电路由两只共负极的功率开关元件和一个初级带有中心抽头的升压变压器组成。

 
推挽电路拓扑结构

若交流负载为纯阻性负载，当 t 1 ≤t≤t 2 时 VT 1 功率管加上栅极驱动信号 Ug1，VT 1 导通，VT 2 截止，变压器输出端感应出正电压；当 t 3 ≤t≤t 4 时，VT 2 功率管加上栅极驱动信号 Ug2，VT 2 导通，VT 1 截止，变压器输出端感应出负电压，波形如图下图所示，若负载为感性负载，则变压器内的电流波形连续，输出电压、电流波形如下图推挽电路波形。

 

推挽电路波形

 
推挽电路感性负载波形

推挽逆变器的输出只有两种状态 V0 和-V0 ，实质上是双极性调制，通过调节 VT1 和 VT2 的占空比来调节输出电压。推挽式方波逆变器的电路拓朴结构简单，两个功率管可共地驱动，但功率管承受开关电压为 2 倍的直流电压，因此适合应用于直流母线电压较低的场合。另外，变压器的利用率较低，驱动感性负载困难。

2、半桥式逆变电路

半桥式逆变电路的拓朴结构如图 2-4 所示，两只串联电容的中点作为参考点，当开关元件 VT 1 导通时，电容 C 1 上的能量释放到负载 RL 上，而当 VT 2 导通时，电容C 2 上的能量释放到负载 RL 上，VT 1 和 VT 2 轮流导通时在负载两端获得了交流电能，半桥逆变电路在功率开关元件不导通时承受直流电源电压 Ud，由于电容 C 1 和 C 2 两端的电压均为 Ud/2（假设 C 1 =C 2 ） ，因此功率元件 VT 1 和 VT 2 承受的电流为 2Id。实质上单相半桥电路和前一节讨论的单相推挽电路在电路结构上是对偶的，读者可自行分析半桥电路的工作过程。

 

 
半桥电路拓朴结构

半桥型逆变电路结构简单，由于两只串联电容的作用，不会产生磁偏或直流分量，非常适合后级带动变压器负载，当该电路工作在工频（50 或者 60H Z ）时，电容必须选取较大的容量，使电路的成本上升，因此该电路主要用于高频逆变场合。

3、单相全桥逆变电路

单相全桥逆变电路也称“H 桥”电路，其电路拓朴结构如图所示，由两个半桥电路组成， 以 180度方波为例说明单相全桥电路的工作原理， 功率开关元件 Q 1 与 Q 4 互补，Q 2 与 Q 3 互补，当 Q 1 与 Q 3 同时导通时，负载电压 U 0 = Ud；当 Q 2 与 Q 4 同时悼通时，负载两端 U 0 = -Ud，Q 1 Q 3 和 Q 2 Q 4 轮流导通，负载两端就得到交流电能。

 
单相全桥电路拓朴结构

 
全桥输出电压、电流波形

假设负载具有一定电感，即负载电流落后与电压 j 角度，在 Q1Q3 功率管栅极加上驱动信号时，由于电流的带后，此时 D1 D3 仍处于导通续流阶段，当经过 y 电角度时，电流过零，电源向负载输送有功功率，同样当 Q2 Q4 加上栅极驱动信号时 D2D4 仍处于续流状态，此时能量从负载馈送回直流侧，再经过 y 电角度后，Q2 Q4 才真正流过电流。

单相全桥电路上述工作状况下 Q1Q3 和 Q2Q4 分别工作半个周期， 其输出电压波形为 180 度的方波，事实上这种控制方式并不实用，因为在实际的逆变电源中输出电压是需要可以控制和调节的。

实例讲解

以上是一款较为容易制作的逆变器电路图，可以将12V直流电源电压逆变为220V市电电压，电路由BG2和BG3组成的多谐振荡器推动，再通过BG1和BG4驱动，来控制BG6和BG7工作。其中振荡电路由BG5与DW组的稳压电源供电，这样可以使输出频率比较稳定。在制作时，变压器可选有常用双12V输出的市电变压器。可根据需要，选择适当的12V蓄电池容量。

以下是一款高效率的正弦波逆变器电器图，该电路用12V电池供电。先用一片倍压模块倍压为运放供电。可选取ICL7660或MAX1044。运放1产生50Hz正弦波作为基准信号。运放2作为反相器。运放3和运放4作为迟滞比较器。其实运放3和开关管1构成的是比例开关电源。运放4和开关管2也同样。它的开关频率不稳定。在运放1输出信号为正相时，运放3和开关管工作。这时运放2输出的是负相。这时运放4的正输入端的电位(恒为0)总比负输入端的电位高，所以运放4输出恒为1，开关管关闭。在运放1输出为负相时，则相反。这就实现了两开关管交替工作。

 

当基准信号比检测信号，也即是运放3或4的负输入端的信号比正输入端的信号高一微小值时，比较器输出0，开关管开，随之检测信号迅速提高，当检测信号比基准信号高一微小值时，比较器输出1，开关管关。这里要注意的是，在电路翻转时比较器有个正反馈过程，这是迟滞比较器的特点。比如说在基准信号比检测信号低的前提下，随着它们的差值不断地靠近，在它们相等的瞬间，基准信号马上比检测信号高出一定值。这个“一定值”影响开关频率。它越大频率越低。这里选它为0.1~0.2V。

C3，C4的作用是为了让频率较高的开关续流电流通过，而对频率较低的50Hz信号产生较大的阻抗。C5由公式：50=算出。L一般为70H，制作时最好测一下。这样C为0.15μ左右。R4与R3的比值要严格等于0.5，大了波形失真明显，小了不能起振，但是宁可大一些，不可小。开关管的最大电流为：

I==25A。

现有的逆变器，有方波输出和正弦波输出两种。方波输出的逆变器效率高，对于采用正弦波电源设计的电器来说，除少数电器不适用外大多数电器都可适用，正弦波输出的逆变器就没有这方面的缺点，却存在效率低的缺点，如何选择这就需要根据自己的需求了。

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