pwm双向逆变器

逆变器的工作原理是怎样的？

       PWM 是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM

       信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有（ON），要么完全无（OFF）。电压或电流源是以一种通（ON） 或断（OFF）

        的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。

       只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM 进行编码。

       如图1 所示，用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波，正弦半波N 等分，看成N 个相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等;用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等，宽度按正弦规律变化。

       SPWM 波形——脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM 波形。

       PWM逆变器

       标准的三相功率级（power

       stage）被用来驱动一个三相无刷直流电机，如图1所示。功率级产生一个电场，为了使电机很好地工作，这个电场必须保持与转子磁场之间的角度接近90°。六步序列控制产生6个定子磁场向量，这些向量必须在一个指定的转子位置下改变。霍尔效应传感器扫描转子的位置。为了向转子提供6个步进电流，功率级利用6个可以按不同的特定序列切换的功率MOSFET。下面解释一个常用的切换模式，可提供6个步进电流。

       MOSFET Q1、Q3和Q5高频（HF）切换，Q2、Q4和Q6低频（LF）切换。当一个低频MOSFET处于开状态，而且一个高频MOSFET 处于切换状态时，就会产生一个功率级。

       步骤1） 功率级同时给两个相位供电，而对第三个相位未供电。假设供电相位为L1、L2，L3未供电。在这种情况下，MOSFET Q1和Q2处于导通状态，电流流经Q1、L1、L2和Q4。

       步骤2）MOSFET Q1关断。因为电感不能突然中断电流，它会产生额外电压，直到体二极管D2被直接偏置，并允许续流电流流过。续流电流的路径为D2、L1、L2和Q4。

       步骤3）Q1打开，体二极管D2突然反偏置。Q1上总的电流为供电电流（如步骤1）与二极管D2上的恢复电流之和。

       显示出其中的体-漏二极管。在步骤2，电流流入到体-漏二极管D2（见图1），该二极管被正向偏置，少数载流子注入到二极管的区和P区。

       当MOSFET Q1导通时，二极管D2被反向偏置，

       N区的少数载流子进入P+体区，反之亦然。这种快速转移导致大量的电流流经二极管，从N-epi到P+区，即从漏极到源极。电感L1对于流经Q2和Q1的尖峰电流表现出高阻抗。Q1表现出额外的电流尖峰，增加了在导通期间的开关损耗。图4a描述了MOSFET的导通过程。

       为改善在这些特殊应用中体二极管的性能，研发人员开发出具有快速体二极管恢复特性MOSFET。当二极管导通后被反向偏置，反向恢复峰值电流Irrm较小。

       结合一种简单的逆变器电路图分析PWM逆变器电路的工作原理

       电阻R2和电容C1套集成电路内部振荡器的频率。预设R1可用于振荡器的频率进行微调。14脚和11脚IC内部驱动晶体管的发射极终端。的驱动晶体管（引脚13和12）的集电极终端连接在一起，并连接到8

        V轨（7808输出）。可在IC的引脚14和15两个180度，淘汰50赫兹脉冲列车。

       这些信号驱动器在随后的晶体管阶段。当14脚的信号为高电平，晶体管Q2接通，就这反过来又使晶体管Q4，Q5，Q6点从目前的+12 V电源（电池）连接流一个通过的上半部分（与标签的标记）变压器（T1）中，小学通过晶体管Q4，Q5和Q6汇到地面。

       因此诱导变压器二次电压（由于电磁感应），这个电压220V输出波形的上半周期。在此期间，11脚低，其成功的阶段将处于非活动状态。当IC引脚11云高的第三季度结果Q7的获取和交换，Q8和Q9将被打开。从+12

       V电源通过变压器的初级下半部和汇到地面通过晶体管的Q7，Q8，Q9，以及由此产生的电压，在T2次级诱导有助于的下半部周期（标签上标明）电流流220V输出波形。

       逆变器输出（T2的输出）挖掘点的标记为B，C，并提供给变压器T2的主。在变压器T2的下降这个高电压的步骤，桥梁D5整流它和这个电压（将逆变器的输出电压成正比）是提供的PIN1通过奥迪R8，R9，R16和（该IC的内部错误放大器的反相输入）这个电压与内部参考电压比较。

       此误差电压成正比的输出电压所需的值和IC调节占空比的驱动信号（引脚14和12）为了使输出电压为所需的值的变化。R9的预设，可用于调节逆变器输出电压，因为它直接控制变频器的输出电压误差放大器部分的反馈量。

       二极管D3和D4续流二极管，保护驱动级晶体管的开关变压器（T2）初选时产生的电压尖峰。R14和R15限制基地的第四季度和Q7。R12和R13为第四季度和Q7防止意外的开关ON下拉电阻。C10和C11是绕过从变频器的输出噪声。C8是一个滤波电容的稳压IC

        7805。R11的限制限制了电流通过LED指示灯D2的。

变换器和逆变器的区别

       变换器，是将信源发出的信息按一定的目的进行变换。矩阵式变换器是一种新型的交－交电源变换器。和传统的变换器相比，它具有如下优点：不需要中间直流储能环节；能够四象限运行；具有优良的输入电流波形和输出电压波形；可自由控制的功率因数。矩阵式变换器已成为电力电子技术研究的热点之一，并有着广泛的应用前景。

       变换器（Matrix Converter）作为一种新型的交—交变频电源，其电路拓扑形式被提出，但直到1979年意大利学者M.Venturini和A.Alesina提出了矩阵式变换器存在理论及控制策略后，其特点才为人们所关注和研究。普遍使用的是半控功率器件晶闸管。采用这种器件组成矩阵式变换器，控制难度是很高的。矩阵式变换器的硬件特点是要求

       大容量、高开关频率、具有双向阻断能力和自关断能力的功率器件，同时由于控制方案的复杂性，要求具有快速处理能力的微处理器作为控制单元，而这些是早期的半导体工艺和技术水平所难以达到的。所以这一期间矩阵式变换器的研究主要针对主回路的拓扑结构及双向开关的实现，大多都处于理论研究阶段，很少有面向工业实际的研究。高工作频率、低控制功率的全控型功率器件如BJT ， IGBT等不断涌现，推动了矩阵式变换器控制策略的研究。

       逆变器是把直流电能（电池、蓄电瓶）转变成交流电（一般为220V,50Hz正弦波）。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。广泛适用于空调、家庭影院、电动砂轮、电动工具、缝纫机、DVD、VCD、电脑、电视、洗衣机、抽油烟机、冰箱，录像机、按摩器、风扇、照明等。在国外因汽车的普及率较高外出工作或外出旅游即可用逆变器连接蓄电池带动电器及各种工具工作。通过点烟器输出的车载逆变是 20W 、 40W 、 80W 、 120W 到 150W 功率规格。再大一些功率逆变电源要通过连接线接到电瓶上。把家用电器连接到电源转换器的输出端就能在汽车内使用各种电器。可使用的电器有：手机、笔记本电脑、数码摄像机、照像机、照明灯、电动剃须刀、CD 机、游戏机、掌上电脑、电动工具、车载冰箱及各种旅游、野营、医疗急救电器等。

       逆变器是一种DC to AC的变压器，它其实与转化器是一种电压逆变的过程。

       逆变器（图1）

       转换器是将电网的交流电压转变为稳定的12V直流输出，而逆变器是将Adapter输出的12V直流电压转变为高频的高压交流电；两个部分同样都采用了用得比较多的脉宽调制（PWM）技术。其核心部分都是一个PWM集成控制器，Adapter用的是UC3842，逆变器则采用TL5001芯片。TL5001的工作电压范围3.6～40V，其内部设有一个误差放大器，一个调节器、振荡器、有死区控制的PWM发生器、低压保护回路及短路保护回路等。

PWM逆变器是什么？

       此电流通过电机内部的寄生电容产生流入地线的漏电流。漏电流过大将对电源产生电磁干扰，还会使电机轴承过早毁坏，从而影响系统运行的可靠性。文中提出了一种新颖的可以有效消除脉冲宽度调制（PWM）逆变器产生的共模电压的有源滤波器。这个有源滤波器由一个单相逆变器和一个五绕组共模变压器组成，可以产生与PWM逆变器输出的电压幅值相等，相位相反的共模电压，通过五绕组共模变压器叠加到逆变器输出中，从而有效消除感应电机端的共模电压。这种有源滤波器结构简单，控制容易。文中通过理论分析，仿真和实验结果证明了这种结构的有效性。　　高速电力半导体器件如绝缘栅双极晶体管(IGBT)的发展使电压源型脉宽调制逆变器的载波频率大大提高（如20 kHz），高开关频率以及零开关损耗方案可显着提高PWM变频器的性能。但在PWM变频器的应用中，出现了一些负面问题。　　例如，传统的IGBT的控制策略使PWM逆变器输出产生了共模电压。共模电压使IGBT在高速开关期间，产生充放电电流。电流通过电机内部的寄生电容产生流入地线的漏电流，漏电流过大将引起电机保护电路的误动作；频率从100 kHz到几兆范围变化的漏电流经地线流回系统的三相电源中，产生电磁干扰(EMI) ，影响电网上的其他设备的正常运行；轴电压和轴承电流过大使电机轴承过早毁坏 。为抑制逆变器输出的共模电压，提高系统的可靠性，传统的方法是采用转轴接地，轴承绝缘，具有传导性的润滑剂等来降低轴电流，保护电机轴承，但是电机端共模电压仍然存在。电机负载运行时，共模电压仍会通过负载轴承产生具有破坏性的电流。为此开始采用由无源器件组成的滤波器，这类方法对消除过电压的影响非常有效，但载波频率发生变化时，对降低逆变器输出中的谐波成分的作用非常有限。　　因此，近年来开始尝试用有源器件来消除这些负面影响。Alexander Julian等提出了四相逆变器来消除共模电压，这种方法会产生严重的开关损耗和谐波失真。Annette Jouanne提出双桥逆变器(DBI)用于消除电机共模电压和由此产生的轴承漏电流，这种方法增加了一个三相逆变器及相应的驱动设备，所采用电机的定子必须有两套绕组，从而限制了这种方法的应用范围。

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