桥式逆变器习题



一文看懂逆变器的17种主要类型

逆变器是将直流电转换为交流电的装置，其类型多样，以下是逆变器的17种主要类型：

按输入源区分：

电压源逆变器：处理恒定直流电压，输出电压由内部开关器件控制。电流源逆变器：处理恒定直流电流，电流不受负载影响。

按输出相位区分：

单相逆变器：适合低负载，标称电压从120V到765kV不等。三相逆变器：提供三相平衡的电流，适合高负载。

按换向技术区分：

线路换向逆变器：在电流零特性时实现换向。强制换向逆变器：需要外部源辅助整流。

按连接方式区分：

串联逆变器：多个逆变器串联连接。并联逆变器：多个逆变器并联连接。桥式逆变器：包括半桥、全桥和三相桥式，各自对应不同的负载条件和工作原理。

按操作模式区分：

独立逆变器：独立于电网运行。并网逆变器：能向电网供电。双峰逆变器：独立与并网模式的结合，灵活应对不同的能源需求。

按输出波形区分：

方波逆变器：输出波形为方波。准正弦波逆变器：输出波形接近正弦波，但有一定失真。纯正弦波逆变器：输出波形为理想的正弦波，但成本较高。多电平逆变器：提供更平滑的波形，是许多实际应用的首选。

这些类型反映了逆变器在不同应用场景中的适应性和效率，选择哪种类型取决于负载需求、电源特性以及对输出波形质量的要求。

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

逆变器的工作原理及结构

1. 逆变器的主要作用是将直流电(DC)转换为交流电(AC)。这一过程通常用于将存储在电池或蓄电池中的直流电能转换为家庭或工业设备所需的交流电能，例如220V、50Hz的正弦波交流电。

2. 逆变器的工作原理基于桥式逆变电路。该电路由四个开关组成，形成一个桥状结构。随着控制信号的变化，这些开关会交替打开和关闭。

3. 在桥式电路中，当开关T1和T4处于开启状态，而T2和T3处于关闭状态时，输出电压(u0)将等于输入直流电压(Ud)。相反，当T1和T4关闭，T2和T3开启时，输出电压将等于输入电压的负值。

4. 由于这些开关以一定的频率f快速交替操作，输出电压形成了一个交变方波。这个方波的幅值等于输入直流电压的幅值，即Ud。

5. 通过改变开关的频率f，可以控制输出交流电的频率。同时，通过调整输入直流电压Ud的大小，可以改变输出交流电的幅值，从而实现逆变过程的精确调整和控制。

逆变器工作原理详解 逆变器的作用

逆变器工作原理及作用

逆变器的工作原理：

桥式逆变电路控制：逆变器的工作原理主要基于桥式逆变电路。该电路的开关状态由加于其控制极的电压信号决定。直流电压输入：桥式电路的PN端加入直流电压Ud，A、B端接向负载。开关状态切换：当T1、T4打开而T2、T3关合时，输出电压u0等于Ud；相反，当T1、T4关合而T2、T3打开时，输出电压u0等于Ud。输出交变方波：当桥中各臂以频率f轮番通断时，输出电压u0将成为交变方波，其幅值为Ud。

逆变器的作用：

直流电转交流电：逆变器的主要作用是将直流电能转变成交流电。提供标准交流电源：转换后的交流电通常为220V、50Hz的正弦波，满足家庭、办公室及工业设备等对标准交流电源的需求。

逆变器的作用及工作原理

逆变器的作用是将直流电转换为交流电。其工作原理及关键点如下：

构成：逆变器主要由逆变桥、控制逻辑和滤波电路构成。核心机制：逆变器利用脉宽调制（PWM）技术，确保直流电到交流电的转换过程高效且稳定。工作流程：逆变器接收适配器输出的12V直流电压，通过桥式电路等巧妙设计的电路，将电压转换成高频高压交流电。这个转换过程中，开关状态由施加在控制极上的电压信号控制，如某一开关开启时，其他相关开关关闭，以实现电流的顺利转换。应用场景：在纯电SUV中，逆变器的作用尤为显著，它将电池储存的直流电转化为车辆动力所需的交流电，这不仅关系到车辆的续航能力，还直接影响驾驶性能和舒适性。

综上所述，逆变器在汽车电力系统中扮演着至关重要的角色，其性能优劣直接关系到纯电SUV的能源转换效率、驾驶体验和整体性能表现。

桥式整流电路的桥是什么意思?什么是全桥、半桥?

桥式整流电路的“桥”字，意味着电路的结构像一座桥，由四个二极管连接成的电路。这种电路最典型的是惠斯通电桥，使用四个电阻连接两个节点。桥式整流器就是采用这种结构，四只二极管形成一个“桥”，故名桥式整流器。其原理简单直观，电路形状类似于一座桥。

全桥和半桥是两种常见的桥式电路类型。全桥使用四个开关，这些开关连接到两个电源的正负极，不存在峰值电压问题，输出电压与直流电源电压相同。半桥使用两个开关，每个开关分别连接直流电源的正极和负极。当一个开关打开时，电流从电源的正极流向负载；当另一个开关打开时，电流从负载流向电源的负极。这样的设计，使得电路能够在直流电源与负载之间实现交流电转换。

具体而言，半桥逆变器需要两个电力电子开关（通常是MOSFET或IGBT），用于控制电路的通断。电路图显示，输入直流电压被分成两等分。通过向MOSFET提供栅极脉冲，可以控制电流的方向，实现交流输出。在全桥逆变器中，使用四个开关，输出电压峰值与直流电源电压相同，避免了半桥中峰值电压问题。通过控制开关的通断，电路能够产生正弦波形，适合驱动负载。

为了仿真半桥逆变器，可以在MATLAB的Simulink库中添加相关组件，根据电路图连接所有部分。栅极脉冲由栅极发生器电路产生，其参数设置影响输出频率和波形。通过逻辑非门，可以生成相反的门脉冲，确保直流源不短路。实际操作中，脉冲宽度需适当调整以避免源极短路，通常设置在45%左右，确保开关有足够时间关闭。仿真结果显示，输出电压峰值是直流电源的一半，频率为50Hz。

全桥逆变器的实现与半桥类似，只需调整栅极脉冲的相位关系。全桥逆变器的输出波形显示，负载电压峰值等于直流电源电压，输出稳定，适用于更广泛的负载。

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