如何實現(xiàn)半橋逆變器和全橋逆變器

時間：2024-08-20 10:17:22

關鍵字：單相逆變器逆變多相逆變器

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[導讀]能夠?qū)⒅绷麟娹D(zhuǎn)換為交流電的電路稱為逆變電路，逆變電路也簡稱為逆變器。按逆變電路輸出交流電壓的相數(shù)不同，可分為單相逆變器、三相逆變器和多相逆變器。

能夠?qū)⒅绷麟娹D(zhuǎn)換為交流電的電路稱為逆變電路，逆變電路也簡稱為逆變器。按逆變電路輸出交流電壓的相數(shù)不同，可分為單相逆變器、三相逆變器和多相逆變器。為了實現(xiàn)電路中電流的正向反向流動，我們需要一個全橋電路對電路中的電流進行調(diào)制。

那么為了使加到負載上的電壓是成正弦波變化的，我們就要使用到上一節(jié)所講述的方法，將占空比不斷變化的方波施加到mos管的柵極。這里將pwm施加到MOS管的方式有單極性調(diào)制和雙極性調(diào)制。所謂單極性調(diào)制，就是當pwm為高電平時，電路驅(qū)動左端的高側(cè)mos和右端的低側(cè)mos導通。當pwm為低電平時，就和上述相反。很容易想到當pwm占空比大于50%時，電流將正向流動，當占空比小于50%時，電流就將從右端的高側(cè)mos流向左端的低側(cè)mos，這時電流反向流動。這樣就實現(xiàn)了電流的雙向流通，實現(xiàn)了逆變?？梢韵氲?，這樣的方式控制上非常簡單，但是在一個pwm周期內(nèi)，電感上將會被施加上正向和反向的電壓，紋波將會非常大。

所以，在實際中，我更傾向于使用雙極性的調(diào)制方式。雙極性調(diào)制即在一個周期內(nèi)通過控制mos管的開斷實現(xiàn)電壓的施加和電流的續(xù)流。

圖3-13a所示為單相橋式逆變器，4個橋臂由開關構成，輸入直流電壓E，逆變器負載是電阻R。當將開關S1、S4閉合，S2、S3斷開時，電阻上得到左正右負的電壓;間隔一段時間后將開關S1、S4打開，S2、S3閉合，電阻上得到右正左負的電壓。以頻率f交替切換S1、S4和S2、S3，在電阻上就可以得到圖3-13b所示的電壓波形。顯然這是一種交變的電壓，隨著電壓的變化，電流也從一個支路轉(zhuǎn)移到另外一個支路，通常將這一過程稱為換相或換流。

在實際應用中，圖3-13a所示電路中的開關是各種電力電子器件。逆變器常用的開關器件有：普通型和快速型晶閘管(SCR)、門極關斷(GTO)晶閘管、功率晶體管(GTR)、功率場效應晶體管(P-MOSFET)、絕緣柵雙極型晶體管(TGBT)等。普通型和快速型晶閘管作為逆變器的開關器件時，因其陽極與陰極兩端加有正向直流電壓，只要在它的門極加正的觸發(fā)電壓，晶閘管就可以導通。但晶閘管導通后門極失去控制作用，要讓它關斷就困難了，必須設置關斷電路。如用全控器件，可以在器件的門極(或稱為柵極、基極)加控制信號使其導通和關斷，換流控制自然就簡單多了。

1、半橋逆變器

圖3-14a所示為半橋逆變器原理圖，直流電壓Ud加在兩個串聯(lián)的容量足夠大的、相同的電容兩端，并使得兩個電容的連接點為直流電源的中點，即每個電容上的電壓為Ud/2。由兩個導電臂交替工作使負載得到交變電壓和電流，每個導電臂由一個功率晶體管與一個反并聯(lián)二極管所組成。

電路工作時，兩只功率晶體管V1、V2基極信號交替正偏和反偏，兩者互補導通與截止。若電路負載為感性，其工作波形如圖3-14b所示，輸出電壓為矩形波，幅值為Um=Ud/2。負載電流io波形與負載阻抗角有關。設t2時刻之前V1導通，電容C1兩端的電壓通過導通的V1加在負載上，極性為右正左負，得負載電流io由右向左。t2時刻給V1關斷信號，給V2導通信號，則V1關斷，但感性負載中的電流io方向不能突變，于是VD2導通續(xù)流，電容C2兩端電壓通過導通的VD2加在負載兩端，極性為左正右負。當t3時刻io降至零時，VD2截止，V2導通，io開始反向。同樣在t4時刻給V2關斷信號，給V1導通信號后，V2關斷，io方向不能突變，由VD1導通續(xù)流。t5時刻io降至零時，VD1截止，V1導通，io反向。

由以上分析可見，當V1或V2導通時，負載電流與電壓同方向，直流側(cè)向負載提供能量;而當VD1或VD2導通時，負載電流與電壓反方向，負載中電感的能量向直流側(cè)反饋，反饋回的能量暫時儲存在直流側(cè)電容器中，電容器起緩沖作用。由于二極管VD1、VD2是負載向直流側(cè)反饋能量的通道，故稱反饋二極管;同時VD1、VD2也起著使負載電流連續(xù)的作用，因此又稱為續(xù)流二極管。

2、全橋逆變器

全橋逆變器可看作兩個半橋逆變電路的組合。電路原理如圖3-15a所示。直流電壓ud接有大電容C，使電源電壓穩(wěn)定。電路中的4個橋臂，橋臂1、4和橋臂2、3組成兩對，工作時，設t2時刻之前V1、V4導通，負載上的電壓極性為左正右負，負載電流io由左向右。t2時刻給V1、V4關斷信號，給V2、V3導通信號，則V1、V4關斷，但感性負載中的電流io方向不能突變，于是VD2、VD3導通續(xù)流，負載兩端電壓的極性為右正左負。當t3時刻io降至零時，VD2、VD3截止，V2、V3導通，io開始反向。同樣在t4時刻給V2、V3關斷信號，給V1、V4導通信號后，V2、V3關斷，io方向不能突變，由VD1、VD4導通續(xù)流。t5時刻io降至零時，VD1、VD4截止，V1、V4導通，io反向，如此反復循環(huán)，兩對交替各導通180°。其輸出電壓uo和負載電流io、如圖3-15b所示。