逆变器推挽电路工作原理

逆变器原理

       逆变器原理是将直流电转为交流电的一种装置，通常由逆变桥、控制逻辑与滤波电路组成。其应用广泛，包括不间断电源（UPS）、太阳能发电转换等，适用于蓄电池、干电池、太阳能电池等直流源。

       逆变桥的工作原理是核心，包括半桥逆变电路、全桥逆变电路、推挽逆变电路。半桥逆变电路原理图示，V1和V2的栅极信号在周期内正反偏各半周，互补输出矩形波，幅值为Um=Ud/2。工作流程涉及电流途径变化，电流值与电感L的大小有关。全桥逆变电路原理图如图三所示，由四个开关管和四个续流二极管构成两个桥臂，可看作两个半桥电路的组合。工作过程包含电流途径变换，输出电压等于输入电压Ud。推挽逆变电路原理图如图五所示，交替驱动两个IGBT，输出矩形波交流电压，变压器匝比为1:1时与全桥逆变电路波形及幅值相同。

       控制逻辑电路负责控制各个IGBT管子的开关，以实现所需波形。逻辑控制电路多样，具体实现方式不作详细讨论。在设计时，需注意选择管子，如推挽电路中V1、V2管子承受的电压为2Ud，比全桥电路高一倍。

光伏并网逆变器光伏逆变器的工作原理 光伏逆变器的安装注意事项

       一、光伏并网逆变器工作原理

       光伏并网逆变器将直流电转换为交流电，当直流电压较低时，通过交流变压器提升电压，达到标准交流电压和频率。在大容量逆变器中，由于直流母线电压较高，通常不需要变压器升压即可达到220V。而在中、小容量逆变器中，如12V、24V，由于直流电压较低，则需要设计升压电路。

       中、小容量逆变器主要有推挽逆变电路、全桥逆变电路和高频升压逆变电路三种。推挽电路通过将升压变压器的中性插头连接到正电源，两只功率管交替工作，输出交流电力。由于功率晶体管共地边接，驱动及控制电路相对简单，且变压器的漏感限制了短路电流，提高了电路的可靠性。然而，其变压器利用率较低，且带动感性负载的能力较差。

       全桥逆变电路克服了推挽电路的缺点，通过调节输出脉冲宽度来改变输出交流电压的有效值。该电路具有续流回路，即使对感性负载，也能保持输出电压波形的完整性。然而，该电路的上、下桥臂功率晶体管不共地，因此需要专门的驱动电路或隔离电源。此外，为防止上、下桥臂同时导通，必须设置死区时间，导致电路结构复杂。

       二、安装注意事项

       1、安装前检查逆变器是否在运输过程中有损坏。

       2、选择安装场地时，确保周围没有其他电力电子设备的干扰。

       3、在进行电气连接前，用不透光材料覆盖光伏电池板或断开直流侧断路器，以防止暴露于阳光下产生危险电压。

       4、所有安装操作必须由专业技术人员完成。

       5、光伏系统使用的线缆必须连接牢固，具有良好的绝缘，并符合规格要求。

       6、电气安装必须满足当地和国家的电气标准。

       7、逆变器并网前必须获得当地电力部门的许可，并由专业技术人员完成所有电气连接。

       8、在进行任何维修工作前，应先断开逆变器与电网的电气连接，再断开直流侧电气连接。

       9、等待至少5分钟，确保内部元件完全放电后，方可进行维修工作。

       10、任何影响逆变器安全性能的故障必须立即排除。

       11、避免不必要的电路板接触。

       12、遵循静电防护规范，佩戴防静电手环。

       13、注意并遵守产品上的警告标识。

       14、操作前进行初步目视检查，确保设备无损坏或处于安全状态。

       15、注意逆变器的热表面，如功率半导体的散热器，在断电后一段时间内仍保持较高温度。

我的UPS，想改成车用的逆变器。怎改？

       逆变器是UPS的主要组成部分。由于整流器已将交流输入电压变成直流电压，而负载所需的是交流电压，就必须有一种电路再将该直流电压变回交流，执行这个任务的装置就叫逆变器。逆变器电路的种类很多，在UPS中常见的有推挽变换器、半桥逆变器、全桥逆变器、双向变换器等。

       1. 直流变换器

       直流变换器是一种最简单最基本的逆变器电路，主要应用于后备式UPS中，它分为自激式和它激式两种。

       1. 自激式推挽变换器

       自激式推挽变换器图1 自激式直流推挽变换器 图1(a)所示是自激式直流推挽变换器电路，所谓自激就是不用外来的触发信号，UPS就可以利用自激振荡的方式输出交流电压，其交流电压的波形为方波，如图1(b)所示的波形UN。UN是当电源电压E为额定值时的输出情况（其中丛御阴影部分除外）。自激直流变换器电路主要用于对电压稳定度要求不高但不能断电的地方，如电冰箱、紧要照明用的白炽灯、高压钠灯和金属卤素灯等，供电条件差的农村居民也有不少采用了这种电路作不间断电源。由于它的电路简单、价格便宜、可靠性高，故也很受欢迎。

       该电路的工作原理如下：在时间t=t0加直流电压E，这时由于晶体管V1和V2的基极电压 Ub1=Ub2=0，二者不具备开启条件，但在它们的集电极和发射极之间却都有漏电流，如图中的I1和I2所示，且二电流在变压器绕组中的流动方向相反，由于器件的分散性，使得 I1-I2=ΔI≠0，这个差值电流ΔI就在绕组中产生一个磁通量，于是就在基极绕组中感应出电压Ub1和Ub2，由同名端的标志可以看出，这两个电压的极性是相反的，即一个Ub给晶体管基极加正电压，使其开通，另一个Ub给另一个晶体管基极加负压，使其进一步截止。电路的设计正好是漏电流大的那一个晶体管基极所感应出的Ub给自己基极加正压，而漏电流小的那一个晶体管基极所加的是负压，基极加正压管子的集电极电流进一步增加，又进一步使它的基极电压增大，这样一个雪崩式的过程很快使该管（设为V1）电流达到饱和值，即V1集电极-发射极之间的压降UCE1=0，绕组N1和N2上的电压也达到了最大值UN1=UN2=E，此后由于磁芯进入饱和阶段，磁芯中磁通的变化量减小，各绕组感应的电压也相应减小，原来导通的管子由于集电极电流增大（磁芯饱和所致）和基极电流减小而脱离饱和区，使绕组感应的电压进一步减小，这样一个反变化过程使得V1雪崩式地截止而V2达到饱和，如图1(b)t1所示。而后就再重复上面的过程，于是就形成了如图1(b)所示的方波波形。有时为了使启动更快和更可靠，就加一个RC启动触发环节。

       该电路方案的不足之处就在于它的不稳压。它的输出电压随着电源电压E的高低起伏，如图1(b)UH阴影部分所示的情形，如果电源电压E一直这样高，其输出电压也就一直高。若电源电压E降到UL这样低的水平，如图1(b)UL阴影部伍郑枣分所示，则输出电压也跟着低下去。因此，这种电路方案在以后的后备式UPS中就不被采用了。

       2. 它激式推挽变换器

       由于自激式推挽变换器不能满足输出电压稳定的要求，它激式推挽变换器就得到了广泛地应用。所谓“它激”就是电路的振荡工作是由外加控制信号的激发而实现的。图2(a)所示的就是它激式推挽直流变换器电路原理图。由图中可以看出，前面自激式推挽变换器的基极反馈绕组被取消了，代替它的功能的环节是电源控制组件IC，在早期用的是TDA1060，后来多采用LM3842或LM3845等。采用电源控制组件IC发出方波控制脉冲使UPS工作，在变压器输出端有一个与输出电压成正比的反馈信号回送给IC，使其根据输入端电压的变化和输出负载的变化来调整控制脉冲的宽度，以保证输出电压稳定在设计范围内。

       下面就介绍一下该电路的工作原理。

       当接通电源控制脉冲时，电源控制组件IC开始工作并发出方波控制脉冲，使推挽变换器的两个功率管按照脉冲的同样宽度输出方波电压，设在E为额定值时，UPS的输出电压也为额定值，如图2(b)输出波形图中粗线所示的波形UN，设此时的输出脉冲宽度为δ2，如果由于某种原因使电源电压升至UH，这时的测量与控制电路就会自动将控制信号的脉冲宽度由δ2减小至δ1，如图2(b)UH阴影所示，以保证输出脉冲电压的面积不变，即

       (3)

       时，输出电压不变。同样，当由于某种原因使电源电压降低到UL时，这时的测量与控制电路就会自动将控制信号的脉冲宽度由δ2增大到δ3，如图1(b)UL阴影所示，以保证输出脉冲电压的面积不变，即

       （4）

       由此就得出了维持输出电压稳定的条件为：

       （5）

       当输出端负载变化时，由于输出线路和UPS内阻的共同作用也必然导致输出电压的变动，这种瞬间地变动通电压过反馈电路送入电源控制组件IC的相应输入端，经比较和转换后，去改变控制脉冲的宽度，以保证输出电压的稳定。

       由这种它激式推挽变换器输出的具有稳压功能的脉冲电压波形称为准方波，以区别于不具稳压功能的自激式直流变换器输出的波形。有的将准方波叫成阶梯波，这是一种误会，所谓阶梯，如图3所示（该图是将上图一种电源电压UN或UH或UL的情况单画出来的波形）。而实际上并非如此，因为输出电压分正半波和负半波，并且每个半波仅有一个台阶，不在阶梯定义范畴之内。是否可以当阶梯来看呢？不可以。因为若把该半波当成阶梯波来看，就必须将基线移到最上端或最下端，不论移到哪一端，电压都变成了单极性的值：正半波或负半波。这和正负半波交替的事实完全不符，因此阶梯波之说是一种误会。

       2. 桥式逆变器

       桥式逆变器名称的来源是它的电路结构形式很像“惠斯登”电桥。由于对输出电压要求稳定的原因，故桥式逆变器的触发方式几乎都是它激。在线式UPS多采用桥式逆变器，因为它有着比推挽变换器更大的优点。比如推挽变换器功率管上的电压为电源电压的2倍，更加上状态转换时的上冲尖峰，要求该器件的耐压就更高，这样以来不但增加了器件的成本，而且也由于功率管工作电压的提高，降低了它的输出能力，因此用在后备式UPS上居多。桥式逆变器就克服了这些缺点，并且根据要求的不同，电路又分成半桥逆变器和全桥逆变器，下面将分别进行讨论。

       1. 半桥逆变器

       所谓半桥逆变器实际上电路的结构形式也是桥式的，所差的是两个桥臂上的器件不同。图4所示的是半桥逆变器结构及电原理图，图4(a)是它的电原理图，图4(b)是它的输出波形图。由图中可见，电桥的左边由电容器构成，右边由功率管构成，输出端就设在两电容器连接点和两功率管连接点之间。下面就讨论一下它的简单工作原理。

       (a)电原理图

       (b)输出波形图4 半桥逆变器结构及电原理图

       假设电路已处于工作的准备状态，即电容C1和C2已充满电。在时间t=0功率管V1被打开，电流I1由电容器C1的正极出发，如空心箭头所示，流经功率管V1、变压器Tr初级绕组N1的BA、回到C1的负极，一直到t=t1，形成正半波，如图4(b)所示。在t=t1时，V1由于正触发信号的消失而截止，此时正触发信号加到了V2的控制极，使其开通，电流I2由电容器C2的正极出发流经变压器Tr初级绕组N1的AB，如图中的实心箭头所示，可以看出这时的电流方向是相反的，电流I2通过变压器后流经功率管

单相逆变器的电路原理

       单相逆变器的工作原理是通过功率半导体开关器件的开关作用，将直流电转化为交流电。其基本电路有推挽式、半桥式和全桥式三种，尽管结构各异，但核心原理相同。通过控制电路周期性地发送开关脉冲，驱动器件交替导通和关断，再经变压器调整电压后，输出符合要求的交流电。

       1. 推挽式逆变电路由两只共负极的功率开关和一个中心抽头变压器组成，交替工作产生交流电。优点是控制简单，但效率较低，不适合高电压和感性负载。

       2. 半桥式逆变电路由开关管、储能电容和耦合变压器构成，通过交替切换实现交流输出。此电路结构简单，适合高频逆变，但对电容容量要求高，成本增加。

       3. 全桥式逆变器通过4只功率开关实现更稳定的交流输出，克服了推挽式不足，但需要大功率变压器。在实际应用中，小功率逆变器多采用单级变换，大功率则采用多级电路结构。

       随着技术进步，新型逆变器采用高频开关技术和软开关技术，如采用20kHz以上的高频逆变，不仅提高了功率密度，还降低了体积和重量。逆变效率可达90%以上，多采用3级电路结构，先高频逆变，再升压整流，最后工频逆变为市电电压。

       逆变器的输出波形有方波、阶梯波和正弦波，各有优缺点。方波逆变器简单便宜，但噪声大、效率低；阶梯波逆变器噪音低、效率高，但波形有失真，不适于精密设备；正弦波逆变器性能最好，但复杂昂贵，是光伏并网发电的理想选择。

推挽升压电路

       推挽升压电路，最早被称之为“互补推挽功率放大器”，其原理基于互补对称结构，旨在实现高效能量转换，提升电路的功率输出。在该电路中，两个晶体管交替工作，一个处于导通状态时，另一个则处于截止状态，形成互补作用，使得输出电压得以稳定提升。

       推挽升压电路的关键在于其独特的功率放大机制。在实际应用中，通过控制晶体管的开关状态，电路能够在负载上提供更高的电压和电流，实现能量的高效传递。这种电路设计特别适用于需要大功率输出的场合，如电动工具、逆变器等。

       值得注意的是，推挽升压电路的参数选择对电路性能至关重要。包括晶体管的类型、工作频率、负载阻抗等，都需要根据实际应用需求进行精确计算和设计。正确的参数配置能够确保电路在高效运行的同时，保持稳定性和可靠性。

       既然称为“功率放大器”，推挽升压电路当然能够实现电压的提升。通过巧妙地利用互补对称工作原理，电路能够在负载上提供远超输入电压的输出电压。这主要得益于晶体管的开关特性，以及电路内部能量的高效传递机制。

       综上所述，推挽升压电路以其独特的互补对称结构，以及高效的能量转换能力，在众多功率转换应用中展现出了卓越的性能。通过合理设计和参数选择，用户可以实现电压的稳定提升，满足不同场合下的电力需求。

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