发布时间：2025-07-16 11:30:04 人气：
逆变器的工作原理是怎样的？
PWM（脉宽调制）技术通过高分辨率计数器调制方波信号的占空比，实现对模拟信号的电平模拟。在PWM信号中，直流供电以一系列通断脉冲的形式加到模拟负载上，只要带宽足够宽，任何模拟值都可以通过PWM进行精确编码。例如，正弦波可以通过一系列等幅不等宽的脉冲来近似，这些脉冲宽度按正弦规律变化，中点重合，面积相等。SPWM（正弦波PWM）波形是一种脉冲宽度按正弦规律变化，且与正弦波等效的PWM波形。
PWM逆变器的三相功率级用于驱动三相无刷直流电机。为确保电机正常工作，电场必须与转子磁场之间的角度接近90度。通过六步序列控制，产生6个定子磁场向量，这些向量根据指定的转子位置进行改变。霍尔效应传感器用于检测转子位置，以提供6个步进电流给转子。功率级使用6个可以按特定序列切换的功率MOSFET来实现这一点。在常用的切换模式中，MOSFET Q1、Q3和Q5进行高频切换，而Q2、Q4和Q6进行低频切换。
例如，当低频MOSFET Q2、Q4和Q6开启且高频MOSFET Q1、Q3和Q5处于切换状态时，会形成一个功率级。电流将流经Q1、L1、L2和Q4。当Q1关闭时，电感产生的额外电压会导致体二极管D2正向偏置，允许续流电流流过。当Q1开启，体二极管D2反向偏置，电流流经二极管，从N-epi到P+区，即从漏极到源极。为了改善体二极管的性能，研究人员开发了具有快速恢复特性的MOSFET，其反向恢复峰值电流较小。
在PWM逆变器电路中，电阻R2和电容C1用于设置集成电路内部振荡器的频率，而R1用于微调频率。IC的引脚14和11分别连接到驱动晶体管的发射极和集电极终端，同时引脚13和12连接到晶体管的集电极。引脚14和15输出180度相位差的50赫兹脉冲列车，用于驱动后续晶体管阶段。
当引脚14为高电平时，晶体管Q2导通，进而使Q4、Q5、Q6从+12V电源连接到上半部分变压器T1，产生220V输出波形的上半周期。同理，当引脚11为高电平时，Q7、Q8、Q9导通，通过变压器T2产生下半周期电压，从而形成完整的220V输出波形。在变压器T2的输出，电压通过桥式整流器D5整流，并提供给误差放大器的反相输入端PIN1。比较内部参考电压后，误差电压调节引脚14和12的驱动信号的占空比，以调整输出电压。
电阻R9用于调节逆变器输出电压，因为它直接控制输出电压误差放大器部分的反馈量。二极管D3和D4作为续流二极管，保护晶体管在变压器T2初级侧产生的电压尖峰。R14和R15限制Q7的基极电流，R12和R13防止意外的开关ON下拉电阻。C10和C11用于绕过变频器输出噪声，而C8是稳压IC 7805的滤波电容。电阻R11限制通过LED指示灯D2的电流。
全桥逆变器开关管电压尖峰产生原因
1. 拓扑结构原因：在全桥逆变器中，由于多个开关管需要在切换时间内依次操作，这会导致电容的充放电过程，从而产生电压尖峰。
2. 开关管反馈导致的振荡：在高频开关操作中，开关管的反馈电感电压和节点电压往往包含高频分量，这些高频分量可能引起振荡，导致输入和输出端电压的瞬时变化，形成电压尖峰。
3. 开关管参数不匹配：在逆变器电路设计中，如果开关管的类型或参数选择不当，例如额定电流不足或开关管结构缺陷，都可能引起开关管电压尖峰的产生。
4. PCB设计和布线问题：PCB板的设计不合理，如导线间隔过小或布线路径过长，可能导致电源信号波形失真，进而引起电压尖峰的产生。
聊聊有源钳位的作用和多种形式
有源钳位在光伏逆变器等大功率应用中发挥着关键作用。IGBT关断时，电流陡降会导致集电极和发射极间产生浪涌电压，甚至超过IGBT的额定电压，引发损坏。传统无源缓冲电路在大功率应用中效率低下，易引发温升风险，且体积较大。有源箝位电路采用瞬态电压抑制器(TVS)，能有效抑制浪涌电压，解决IGBT关断时可能的短路问题。该电路设计紧凑，成本低，抑制速度快，可靠性高。
IGBT关断尖峰电压是由于电流快速下降引发的瞬时高电压。在半桥电路关断过程中，电流无法立即切换至续流二极管，造成电压上升。实际电路中存在寄生电感，其作用是阻止负载电流向二极管切换，产生尖峰电压。此电压可能超过IGBT的额定电压，导致器件损坏。
有源钳位电路通过检测Vce电压，延缓IGBT关断过程，限制di/dt和电压尖峰。其目标是保持集电极电位在安全范围内，避免电压过高导致IGBT受损。当电路检测到电压尖峰过高时，有源钳位电路启动，限制电压上升速率，降低尖峰幅度，确保IGBT安全关断。
最基本的有源钳位电路仅需TVS管和普通快恢复二极管。当集电极电压过高时，TVS被触发，电流流入门极，提高门极电压，减缓IGBT关断电流的陡峭度，降低电压尖峰。随着电流Ic增大，Vce也随之增大。当Vce增大至保护电路阈值，Ic减小进行关断。Vce增大一段时间后，有源钳位电路动作，钳位Vce至稳定值，直到Ic降至最小值，Vce恢复至DC电压水平。
综上所述，有源钳位电路通过精确控制IGBT关断过程，有效抑制浪涌电压，保护IGBT免受高压击穿，提高电路稳定性和可靠性。其原理基于电压检测和适时的电流控制，使得在大功率应用中实现高效、安全的IGBT关断。
隔离变压器的用处?
隔离变压器在大容量UPS系统中发挥着重要作用。首先，它能有效隔离UPS输出端与负载设备之间的电气连接。当负载设备遇到感性负载突然减少时，可能会产生瞬态电压尖峰。如果没有隔离变压器，这种尖峰会直接作用于UPS的IGBT逆变器上，导致设备损坏。而有了隔离变压器，它能在负载侧产生一定的隔离效果，减少或完全消除这种尖峰，确保UPS和设备能够稳定运行。
其次，隔离变压器能够提升UPS的负载能力。在单相过载或单相短路的情况下，隔离变压器能够重新分配负载，使得某相逆变器上的IGBT负载减少三分之一，从而提高UPS的过载能力和抗短路能力。
再者，隔离变压器还能降低UPS输出端的零地电压。它能将零地电压降低至1V以下，这对减少数据传输中的误码率至关重要。相比之下，没有隔离变压器的UPS，其输出零地电压可能高达7-8V。
最后，隔离变压器通过采用三角/星型连接方式，能够显著降低负载侧的三次谐波，从而提高系统的稳定性和可靠性。这对于需要高精度和高稳定性的应用场合尤为重要。
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