高频逆变器电路

高频环节逆变技术与低频环节逆变技术的区别

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

       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。　

       　1.输入接口部分：输入部分有3个信号，12V直流输入VIN、工作使能电压ENB及Panel电流控制信号DIM。VIN由Adapter提供，ENB电压由主板上的MCU提供，其值为0或3V，当ENB=0时，逆变器不工作，而ENB=3V时，逆变器处于正常工作状态;而DIM电压由主板提供，其变化范围在0～5V之间，将不同的DIM值反馈给PWM控制器反馈端，逆变器向负载提供的电流也将不同，DIM值越小，逆变器输出的电流就越大。　

       　2.电压启动回路：ENB为高电平时，输出高压去点亮Panel的背光灯灯管。　　

       3.PWM控制器：有以下几个功能组成：内部参考电压、误差放大器、振荡器和PWM、过压保护、欠压保护、短路保护、输出晶体管。　

       　4.直流变换：由MOS开关管和储能电感组成电压变换电路，输入的脉冲经过推挽放大器放大后驱动MOS管做开关动作，使得直流电压对电感进行充放电，这样电感的另一端就能得到交流电压。　

       　5.LC振荡及输出回路：保证灯管启动需要的1600V电压，并在灯管启动以后将电压降至800V。　

       　6.输出电压反馈：当负载工作时，反馈采样电压，起到稳定I逆变器电压输出的作用。

       高频逆变器和低频的区别　　1、按照电气和电子工程师学会(IEEE)制定的频谱划分表，低频频率为30~300kHz，中频频率为300~3000kHz，高频频率为3~30MHz，频率范围在30~300MHz的为甚高频，在300~1000MHz的为特高频。相对于低频信号，高频信号变化非常快、有突变;低频信号变化缓慢、波形平滑。　

       　2、电源与信号是不一样的，电源板提供的电压一般频率为0(直流电源)或者50Hz(交流电源)。信号可以说是高频还是低频(或者其他频率)，电源板就不好说了，因为它只是用来供电的，频率很低，一定要说的话也只是低频。　

       　3、高频逆变器的的好处主要是重量轻体积小，待机功率小，效率比较高(相对会省电一些)。缺点是抗冲击性不如工频逆变器(也就是你说的低频)好，可能带不了食物搅拌机，手电钻之类的电器。　　低频的缺点是比较重，比较大，价格可能也会略贵，自身损耗会稍大一些(有点费电)。优点是比较皮实，带冲击性电器的能力会好一些。　

       　以上，我们知道变压器的工作原理，它通常分为高频升压变压器和高频降压变压器两种，一个用来升压后进入输送电路，一个是将高频交流变为低频直流供用户使用，这样巧妙的设计是为了在那段最长的线路将低压直流电逆变为高频低压交流电，以此来减少减少功率的损耗。其次，变压器油高频低频之分，他们在频率和信号频率是不一样的，但是两者是各有优缺点，适用于不同的场合。高频逆变器

高频逆变器推挽变压器去掉一边绕组电流为什么会变大

       逆变电源将直流电转化5为8交流，功率晶体管T7、T6和T5、T0交替开m通得到交流电力h，若直流电压较低，则通过交流变压器升8压，即得到标准交流电压和频率。对大z容量的逆变电源，由人j直流母线电压较高，交流输出一l般不z需要变压器升1压即能达到170V，在中1、小h容量的逆变电源中4，由于u直流电压较低，如82V、03V，就必须设计6升3压电路。 中2、小d容量逆变电源一r般有推挽逆变电路、全桥逆变电路和高频升3压逆变电路三q种。推挽电路，将升6压变压器的中1性抽头接于y正电源，两只功率管交替工b作，输出得到交流电力a，由于o功率晶体管共地边接，驱动及u控制电路简单，另外由于n变压器具有一d定的漏感，可限制短路电流，因而提高了q电路的可靠性。其缺点是变压器利用率低，带动感性负载的能力l较差。 全桥逆变电路克服了o推挽电路的缺点，功率晶体管T5、T4和T3、T5反3相，T5和T1相位互1差630度。调节T7和T1的输出脉冲宽度，输出交流电压的有效值即随之l改变。由于b该电路具有能使T1和T2共同导通的功能，因而具有续流回路，即使对感性负载，输出电压波形也q不g会畸变。该电路的缺点是上d、下k桥臂的功率晶体管不w共地，因此必须采用专d门p驱动电路或采用隔离电源。另外，为0防止2上z、下e桥臂发生共同导通，在T0、T7及aT5、T4之w间必须设计2先关断后导通电路，即必须设置死区t时间，其电路结构较复杂。 推挽电路和全桥电路的输出都必须加升4压变压器，由于x工r频升7压变压器体积大c，效率低，价格也p较贵，随着电力f电子y技术和微电子g技术的发展，采用高频升5压变换技术实现逆变，可实现高功率密度逆变，这种逆变电路的前级升3压电路采用推挽结构，但工k作频率均在40KHZ以1上z，升1压变压器采用高频磁芯材料，因而体积小j／重量轻，高频逆变后经过高频变压器变成高频交流电，又f经高频整流滤波电路得到高压直流电（一q般均在700V以4上g）再通过工d频逆变电路实现逆变。 采用该电路结构，使逆变虬路功率密度大i大t提高，逆变电源的空载损耗也c相应降低，效率得到提高，该电路的缺点是电路复杂，可靠性比0上j述两种电路低。 上k述几a种逆变电源的主电路均需要有控制电路来实现，一s般有方6波和正弱波两种控制方7式，方7波输出的逆变电源电路简单，成本低，但效率低，谐波成份大t。正弦波输出是逆变电源的发展趋势，随着微电子m技术的发民，有PWM功能的微处理器也u已u问世，因此正弦波输出的逆变技术已z经成熟。 1、方1波输出的逆变电源目前多采用脉宽调制集成电路，如SG1377，TL376等。实践证明，采用SG1338集成电路，并采用功率场效应管作为2开b关功率元r件，能实现性能价格比6较高的逆变电源，由于tSG6436具有直接驱动功率场效应管的能力y并具有内7部基准源和运算放大x器和欠4压保护功能，因此其外围电路很简单。 8、正弦波输出的逆变电源控制集成电路 正弦波输出的逆变电源，其控制电路可采用微处理器控制，如INTEL公7司生产的80C636MC、摩托罗拉公8司生产的MP47以2及rMI－CROCHIP公1司生产的PIC77C44等，这些单片8机均具有多路PWM发生器，并可设定上i、上x桥臂之w间的死区y时间，采用INTEL公0司50C283MC实现正弦波输出的电路，40C727MC完成正弦波信号的发生，并检测交流输出电压，实现稳压。 逆变电源的主功率元l件的选择至关重要，目前使用较多的功率元t件有达林顿功率晶体管（BJT），功率场效应管（MOSFET），绝缘栅晶体管（IGBT）和可关断晶闸管（GTO）等，在小v容量低压系统中0使用较多的器件为1MOSFET，因为4MOSFET具有较低的通态压降和较高的开d关频率，在高压大t容量系统中6一a般均采用IGBT模块，这是因为0MOSFET随着电压的升3高其通态电阻也t随之z增大y，而IGBT在中4容量系统中6占有较大p的优势，而在特大j容量（800KVA以3上t）系统中6，一e般均采用GTO作为4功率元g件。2011-10-31 20:36:11

简单的逆变器电路图分析

       这里介绍的逆变器（见图）主要由MOS场效应管，普通电源变压器构成。其输出功率取决于MOS场效应管和电源变压器的功率，免除了烦琐的变压器绕制，适合电子爱好者业余制作中采用。下面介绍该逆变器的工作原理及制作过程。

       电路图

       工作原理

       这里我们将详细介绍这个逆变器的工作原理。

       方波信号发生器（见图3）

       这里采用六反相器CD4069构成方波信号发生器。电路中R1是补偿电阻，用于改善由于电源电压的变化而引起的振荡频率不稳。电路的振荡是通过电容C1充放电完成的。其振荡频率为f=1/2.2RC。图示电路的最大频率为：fmax=1/2.2×3.3×103×2.2×10-6=62.6Hz;最小频率fmin=1/2.2×4.3×103×2.2×10-6=48.0Hz。由于元件的误差，实际值会略有差异。其它多余的反相器，输入端接地避免影响其它电路。

       场效应管驱动电路

       这里采用六反相器CD4069构成方波信号发生器。电路中R1是补偿电阻，用于改善由于电源电压的变化而引起的振荡频率不稳。电路的振荡是通过电容C1充放电完成的。其振荡频率为f=1/2.2RC。图示电路的最大频率为：fmax=1/2.2×3.3×103×2.2×10-6=62.6Hz;最小频率fmin=1/2.2×4.3×103×2.2×10-6=48.0Hz。由于元件的误差，实际值会略有差异。其它多余的反相器，输入端接地避免影响其它电路。

       场效应管驱动电路

       由于方波信号发生器输出的振荡信号电压最大振幅为0~5V，为充分驱动电源开关电路，这里用TR1、TR2将振荡信号电压放大至0~12V。如图4所示。

       MOS场效应管电源开关电路。

       这是该装置的核心，在介绍该部分工作原理之前，先简单解释一下MOS场效应管的工作原理。

       图5

MOS场效应管也被称为MOSFET，既MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor（金属氧化物半导体场效应管）的缩写。它一般有耗尽型和增强型两种。本文使用的为增强型MOS场效应管，其内部结构见图5。它可分为NPN型PNP型。NPN型通常称为N沟道型，PNP型也叫P沟道型。由图可看出，对于N沟道的场效应管其源极和漏极接在N型半导体上，同样对于P沟道的场效应管其源极和漏极则接在P型半导体上。我们知道一般三极管是由输入的电流控制输出的电流。但对于场效应管，其输出电流是由输入的电压（或称电场）控制，可以认为输入电流极小或没有输入电流，这使得该器件有很高的输入阻抗，同时这也是我们称之为场效应管的原因。

       图6

       为解释MOS场效应管的工作原理，我们先了解一下仅含有一个P—N结的二极管的工作过程。如图6所示，我们知道在二极管加上正向电压（P端接正极，N端接负极）时，二极管导通，其PN结有电流通过。这是因为在P型半导体端为正电压时，N型半导体内的负电子被吸引而涌向加有正电压的P型半导体端，而P型半导体端内的正电子则朝N型半导体端运动，从而形成导通电流。同理，当二极管加上反向电压（P端接负极，N端接正极）时，这时在P型半导体端为负电压，正电子被聚集在P型半导体端，负电子则聚集在N型半导体端，电子不移动，其PN结没有电流通过，二极管截止。

       图7a图7b

       对于场效应管（见图7），在栅极没有电压时，由前面分析可知，在源极与漏极之间不会有电流流过，此时场效应管处与截止状态（图7a）。当有一个正电压加在N沟道的MOS场效应管栅极上时，由于电场的作用，此时N型半导体的源极和漏极的负电子被吸引出来而涌向栅极，但由于氧化膜的阻挡，使得电子聚集在两个N沟道之间的P型半导体中（见图7b），从而形成电流，使源极和漏极之间导通。我们也可以想像为两个N型半导体之间为一条沟，栅极电压的建立相当于为它们之间搭了一座桥梁，该桥的大小由栅压的大小决定。图8给出了P沟道的MOS场效应管的工作过程，其工作原理类似这里不再重复。

       图8

下面简述一下用C-MOS场效应管（增强型MOS场效应管）组成的应用电路的工作过程（见图9）。电路将一个增强型P沟道MOS场效应管和一个增强型N沟道MOS场效应管组合在一起使用。当输入端为低电平时，P沟道MOS场效应管导通，输出端与电源正极接通。当输入端为高电平时，N沟道MOS场效应管导通，输出端与电源地接通。在该电路中，P沟道MOS场效应管和N沟道MOS场效应管总是在相反的状态下工作，其相位输入端和输出端相反。通过这种工作方式我们可以获得较大的电流输出。同时由于漏电流的影响，使得栅压在还没有到0V，通常在栅极电压小于1到2V时，MOS场效应管既被关断。不同场效应管其关断电压略有不同。也正因为如此，使得该电路不会因为两管同时导通而造成电源短路。

       由以上分析我们可以画出原理图中MOS场效应管电路部分的工作过程（见图10）。工作原理同前所述。这种低电压、大电流、频率为50Hz的交变信号通过变压器的低压绕组时，会在变压器的高压侧感应出高压交流电压，完成直流到交流的转换。这里需要注意的是，在某些情况下，如振荡部分停止工作时，变压器的低压侧有时会有很大的电流通过，所以该电路的保险丝不能省略或短接。

       制作要点

       电路板见图11。所用元器件可参考图12。逆变器用的变压器采用次级为12V、电流为10A、初级电压为220V的成品电源变压器。P沟道MOS场效应管（2SJ471）最大漏极电流为30A，在场效应管导通时，漏-源极间电阻为25毫欧。此时如果通过10A电流时会有2.5W的功率消耗。N沟道MOS场效应管（2SK2956）最大漏极电流为50A，场效应管导通时，漏-源极间电阻为7毫欧，此时如果通过10A电流时消耗的功率为0.7W。由此我们也可知在同样的工作电流情况下，2SJ471的发热量约为2SK2956的4倍。所以在考虑散热器时应注意这点。图13展示本文介绍的逆变器场效应管在散热器（100mm×100mm×17mm）上的位置分布和接法。尽管场效应管工作于开关状态时发热量不会很大，出于安全考虑这里选用的散热器稍偏大。

       逆变器的性能测试

       测试电路见图14。这里测试用的输入电源采用内阻低、放电电流大（一般大于100A）的12V汽车电瓶，可为电路提供充足的输入功率。测试用负载为普通的电灯泡。测试的方法是通过改变负载大小，并测量此时的输入电流、电压以及输出电压。其测试结果见电压、电流曲线关系图（图15a）。可以看出，输出电压随负荷的增大而下降，灯泡的消耗功率随电压变化而改变。我们也可以通过计算找出输出电压和功率的关系。但实际上由于电灯泡的电阻会随受加在两端电压变化而改变，并且输出电压、电流也不是正弦波，所以这种的计算只能看作是估算。以负载为60W的电灯泡为例：

       假设灯泡的电阻不随电压变化而改变。因为R灯=V2/W=2102/60=735Ω，所以在电压为208V时，W=V2/R=2082/735=58.9W。由此可折算出电压和功率的关系。通过测试，我们发现当输出功率约为100W时，输入电流为10A。此时输出电压为200V。

高频逆变器整流后电容多大

该情况的电容一般在2.2μF到22μF之间。

       高频逆变器整流后电容的大小取决于逆变器的输出电压频率范围。在高频电路中，电容的电感值较小，容量较大，响应速度较快，而在低频电路中，电容的电感值较大，容量较小，响应速度较慢。

       具体的逆变器设计，其整流后电容的大小需要根据实际应用场景和设计要求进行选择和设计。逆变电源电容是用于逆变器系统的一种电容器，主要用于滤波、平衡负载、补偿静态电容和调节输出电压等功能。逆变电源电容的容量在2.2μF至22μF之间。

逆变器电路图和详细原理

       逆变器原理如下：

       逆变器是一种直流-交流的变压器，实际上，它和转换器一样，都是一个电压倒置的过程。变换器是把电网中的 AC电压转化成12 V的稳压 DC，而逆变器则是把 Adapter的12 V DC变换成高频率的 AC，两者都使用了更常用的PWM技术。

       相关总结：

       逆变器是一种将低电压（12 V,24 V,48 V）转换成220 V的交流电源，由于220 V交流电一般都被整流为直流电，而逆变器则相反，故名。

       这是一个“移动”的年代，手机办公室、手机通信、手机休闲、娱乐，在运动过程中，不仅要用到电池或者蓄电池提供的高压直流电源，还要用到220 V的交流电源，这是生活中必不可少的。

家用太阳能发电系统逆变器的电路结构包括什么变压器形式

       光伏发电逆变器主电路

       太阳能电池一般是电压源，因此逆变器的主电路采用电压型，太阳能光伏发电系统用逆变器的三种主电路形式如图1所示。图1（a）是采用工频变压器主电路形式，采用工频变压器使输入与输出隔离，主电路和控制电路简单。为了追求效率，减少空载损耗，工频变压器的工作磁通密度选得比较低，因此重量大，约占逆变器的总重量的50％左右，逆变器外形尺寸大，是最早的一种逆变器主要形式。

       图1：逆变器主电路图

       图1（b）是高频变压器主电路形式，采用高频变压器使输入与输出隔离，体积小，重量轻。主电路分为高频逆变和工频逆变两部分，比较复杂，是20世纪90年代比较流行的主电路方式。

       图1(b)

       图1（c）是无变压器主电路形式，不采用变压器进行输入与输出隔离，只要采取适当措施，同样可保证主电路和控制电路运行的安全性，体积最小，重量轻，而且效率高，成本也较低。主电路包括升压部分和采用高频SPWM的逆变部分，比工频变压器主电路形式要复杂，但是适应输入直流电压范围宽，有利于与太阳能电池进行匹配。尽管由于天气等因素使太阳能电池输出电压发生变化，但有了升压部分，可以保证逆变部分输入电压比较稳定。将成为今后主要的主电路流行方式。

       图1(c)

       为了使无变压器主电路形式安全运行，必须采取一定的技术措施：首先要使太阳能电池对地电压保持稳定；其次，为了防止太阳能电池接地造成主电路损坏，应检测太阳能电池正极和负极的接地电流（通过零相互感器），如果不平衡电流超过规定值，说明太阳能电池有可能接地，接地保护立即动作，切断主电路输出，停止工作。由于无变压器主电路形式没有变压器对输入与输出隔离，因此逆变器输入端的太阳能电池的正负极不能直接接地，输出的单相三线制中性点接地，因太阳能电池面积大，对地有等效电容存在（正极等效电容和负极等效电容）。该等效电电容将在工作中出现充放电电流，其低频部分有可能使供电电路中的漏电开关误动作而造成停电，其高频部分将通过配电线路对其它用电设备造成电磁干扰，而影响其它用电设备正常工作。对这种对地等效电容电流必须在主电路加电感L1与电容C1组成的滤波器进行抑制，特别是抑制高频部分。而工频部分，可以通过控制逆变器开关方式来消除。当然在太阳能电池与主电路之间，还应当设置共模滤波器，防止对太阳能电池的电磁干扰。

       2.电力电子器件

       用于太阳能光伏发电系统逆变器（含输入直流斩波级）的功率半导体器件主要有MOSFET、IGBT、超结MOSFET。其中MOSFET速度最快，但成本也最高。与此相对的IGBT则开关速度较慢，但具有较高的电流密度，从而价格便宜并适用于大电流的应用场合。超结MOSFET介于两者之间，是一种性能价格折中的产品，在实际设计中被广为应用。概括地说，选用哪类器件取决于成本、效率的要求并兼顾开关频率。如果要求硬开关在100kHz以上，一般只有MOSFET能够胜任。在较低频段如15kHz，如没有特殊的效率要求，则选择IGBT。在此之间的频率，则取决于设计中对转换效率和成本的具体要求。系统效率和成本之间作为一对矛盾，设计中将根据其相应关系对照目标系统要求确定最贴近系统要求的元件型号。表1为三种半导体开关器件的功率损耗，为了便于比较，各参数均以MOSFET情况作归一化处理，超结MOSFET工艺目前没有超过900V的器件。

       除去以上最典型的三类全控开关器件，业界有像碳化硅二极管和ESBT等基于新材料和新工艺的产品。它们目前的价格还比较高，主要应用于对太阳能光伏发电效率有特殊要求的场合。但随着生产工艺的不断进步和器件单价的下降，这类器件也将逐步变为主流产品，甚至替代上述的某一类器件。

       以下为两种可运用的于特殊光伏发电场合的逆变器：

       （1）单相全桥混合器件模块与三电平混合器件模块

       混合单相全桥功率模块，是专用于光伏发电系统中单相逆变的产品，配合以单极型调制方法，每个桥臂的两只开关管分别工作在完全相异开关频率范围，上管总是在工频切换通断状态，而下管总是在脉宽调制频率下动作。根据这种工作特点，上管选用相对便宜的门极沟道型(Trench)IGBT以优化通态损耗，而下管可选择非穿通型(NPT)IGBT以减少开关损耗。这种拓扑结构不但保障了最高系统转换效率还降低了整个逆变设备的成本。图3给出了不同器件搭配的转换效率曲线以印证这种功率模块的优越性。可以发现，这种混合器件配置在不同负载下能实现98%以上的转换效率。

       在美高森美的三电平逆变模块中，也引入了混合器件机制，充分利用两端器件开关频率远高于中间相邻两器件。因而APTCV60系列三电平模块两端使用超结MOSFET，中间为IGBT的结构，可进一步提高效率。

       （2）ESBT

       ESBT是应用于太阳能光伏发电系统中的一种新型高电压快速开关器件，它兼顾了IGBT和MOSFET的优点，不仅电压耐量高于MOSFET，而且损耗小于快速IGBT器件。美高森美即将推向市场的ESBT太阳能升压斩波器模块，集成了碳化硅二极管和ESBT，面向5kW～205kW的超高效率升压应用。其电压为1200V，集电极和发射极间饱和通态电压很低（接近1V），优化开关频率在30kHz～40kHz之间，可选择单芯片模块或双芯片模块封装。实验表明，这种功率模块比目前市场上对应的IGBT模块减少40%的损耗。根据6kW的参考设计实验结果，此模块在50%至满负载之间，转换效率比最快的IGBT器件要提高至少0.6个百分点。因此，在碳化硅全控器件的价格下降到可接受的范围之前，对于超高效率的太阳能光伏功率变换应用，ESBT将是优选开关器件。

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