单相H桥逆变器原理

h桥电路工作原理

       H桥（H-Bridge），因外形与H相似故得名，常用于逆变器（DC-AC转换，即直流变交流）。其工作原理是通过开关的开合，将直流电（来自电池等）逆变为某个频率或可变频率的交流电，用于驱动交流电机（异步电机等）。

       大多数直流-交流转换器（功率逆变器）、大多数交流/交流转换器、DC-DC推挽式转换器、大多数电机控制器和许多其他类型的电力电子设备都使用H桥。特别地，双极步进电机几乎总是由包含两个H桥的电机控制器驱动。

全桥（H桥）驱动电路的控制方法

       全桥电路，也称为H桥电路，是通过控制四个MOS管的导通和关断，实现负载获得正向电流和负向电流，进而实现多种功能。H桥电路的定义在这里就不赘述，关键在于四个MOS管的导通与关断状态对应负载电流的方向。

       分析四个MOS管的不同导通/关断情况下的负载电流方向，我们发现同一侧的MOS管不能同时导通，避免短路。只有对角的MOS管导通和底下两个MOS管导通才是有效状态。一般情况下，Q1和Q3不会同时导通，因此不进行分析。

       为了实现负载通过正向电流，让Q1和Q4导通，Q2和Q3关断。若想让负载通过反向电流，只需将Q2和Q3导通，Q1和Q4关断。当四个MOS管全部关断时，负载无电流通过。考虑到某些负载，如直流电机，是感性负载，建议让Q2和Q4导通，Q1和Q3关断，负载两端接地。

       控制MOS管的通断，需要借助MOS管驱动芯片。本文以HIP4081A为例进行说明。芯片的BHO、BLO、AHO和ALO分别与四个MOS管的门极相连。这四个引脚的输出受BHI、BLI、AHI和ALI控制，它们之间的关系可以从芯片的数据手册中的真值表中找到。根据真值表，我们可以通过ALI和BLI的输入来控制负载电流的方向。

       在理解了MOS管的通断与负载电流方向的关系后，我们可以归纳出一个表格，列出不同输入下MOS管的状态。关于MOS管导通所需的电压，通常会在芯片的原理图中看到一个电容，即自举电容。该电容用于为MOS管的门极提供大于电源电压的电压，以维持导通状态。

       全桥电路的应用广泛，例如在小车电机的正反转控制与调速中，通过改变ALI和BLI的高低电平可以控制电机的正反转。如果ALI或BLI是一个PWM波，调整PWM波的占空比可以实现电机转速的控制。对于负载为变压器初级线圈的场景，通过输出SPWM波，可以将直流电源转换为交流输出，实现逆变器功能。

光伏并网逆变器功能作用

       光伏并网逆变器的核心功能是将直流电（dc）转换为交流电（ac），以优化输入电压并提高效率。其工作原理是通过左侧电桥，通常采用18至20千赫兹的高频开关频率，对dc电压进行转换，这种操作过程被称为dc/ac转换。单相h桥是最常见的配置，但也可以选择三相或其他设计，以适应不同应用场景的需求。

       在完成电压调节后，逆变器通过低通滤波器，进一步处理和净化输出的电压，以产生符合并网光伏发电系统要求的正弦交流电。这种电能可以直接并入电网，为家庭或商业用电提供清洁、高效的电力来源。

       总的来说，光伏并网逆变器扮演着至关重要的角色，它不仅实现了直流电与交流电的转换，还确保了并网电力的质量和稳定性，为可再生能源的广泛应用提供了关键支持。

扩展资料

       我国光伏发电系统主要是直流系统，即将太阳电池发出的电能给蓄电池充电，而蓄电池直接给负载供电，如我国西北地区使用较多的太阳能户用照明系统以及远离电网的微波站供电系统均为直流系统。此类系统结构简单，成本低廉，但由于负载直流电压的不同（如12V、24V、48V等），很难实现系统的标准化和兼容性，特别是民用电力，由于大多为交流负载，以直流电力供电的光伏电源很难作为商品进入市场。

单相全桥逆变器的操作

       单相全桥逆变器用于将直流电转换为交流电。其操作原理基于四个电子开关成对工作，在一个半波中，只有S1和S2闭合，而在另一个半波中，S3和S4闭合。逆变器的输出是可变频率的交流电压，取决于驱动设备的波形频率。当四个斩波电路组成单相全桥电压发生器逆变器，由四个晶体管或MOSFET（Q1、Q2、Q3和Q4）驱动时，其操作会根据顺序以及电子开关的打开和关闭方式而有所不同。电路的“a”部分中的电子开关与“b”部分中的电子开关互补控制。这种设备被称为“H桥”，使用相同电源电压的两个单相、两电平逆变器的组合。负载（存在于节点“a”和“b”之间）承受的电压会根据开关元件的不同状态而变化。

       在单相桥式逆变器中，电流路径取决于电子开关的逻辑状态。电流并不理想，但它受到电子开关电阻值的影响。电流路径由图3显示。输出电压的理论有效值可使用以下等式确定。方波控制允许以这样的方式驱动桥式开关，即每个负载端子在半个周期内连接到直流电源的正极端子，在半个周期内连接到负极端子。桥的两个分支被交叉驱动。在二极管D1和D2导通时，循环电流作为正反馈返回到电压发生器。在纯电阻负载的情况下，瞬时功率值等于瞬时电压乘以瞬时电流的乘积。如果负载是电感性的，则其电流和电压是正弦曲线。任何谐波都会返回电压发生器，应该通过与电压发生器并联一个大电容来消除或减少谐波。为避免相反的开关同时导通，在两个电源命令之间实现了一个小的死区时间。

       单相桥式逆变器在操作时，使用单一电源电压。对于过时的SCR，典型的工作频率为50 Hz或300 Hz，这些值都在可听音频频谱范围内，因此旧设备会产生令人不快的哨声和声学音符。使用新的电子元件，可以增加这个频率。如果假设有强电感负载，则电流呈现对称的三角形模式。使用特殊滤波器可以大大减少这些谐波。结论是，基于SiC和GaN的电子设备可以提高电子设备的效率，因为它们具有更优异的电性能，例如更高的耐温性和更低的内阻。这意味着它们可以更快地运行并且能量损失更少，从而提高整体效率。它们非常适合用于住宅和工业应用，因为它们可以处理可变的直流输入电压并产生非常稳定的交流输出电压。此外，它们可以处理非线性负载，例如电感负载、电容负载和混合负载。

请问单相逆变器和三相逆变器有哪些区别？

       三相和单相的区别主要是主电路拓扑的区别，单相的是4管组成H桥逆变，三相的是六管组成三相全桥逆变。至于输出是根据需要定的，上面的回答主要是针对并网逆变器，其输出电流和电网同频，同相电压被电网拉牢；而有源滤波器输出则为谐波的反变量，可以不是交流电；通常讲的变频器也是做的直交逆变，负载为无源负载，频率可调。

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