电源逆变器工作原理

功率逆变器的工作原理典型的直流-DC变换器系统如图1所示。其输入通常是通过线电压整流获得的未调节的DC电压，然后使用开关直流-DC转换器将该波动的DC电压转换成调节的DC电压。图1是用于DC-DC开关转换器1的典型DC-DC转换器系统的结构。降压转换器。2.升压转换器。3.降压/降压u功率逆变器的工作原理图1示出了DC-DC开关转换器的典型直流-DC转换器系统的结构。系统的输入通常是通过整流线电压获得的未调节的DC电压，然后使用开关直流-DC转换器将变化的DC电压转换成调节的DC电压。图1 DC-DC开关变换器的典型DC-DC变换器系统的结构1.降压转换器。2.升压转换器。3.降压/升压转换器。4.全桥转换器。在上述四个转换器中，只有降压和升压是最基本的转换器电路结构。降压-升压转换器由这两种基本转换器组合而成，而全桥转换器则由降压转换器衍生而来。DC-DC变换器的控制DC-DC变换器的功能是在输入电压和输出负载变化的情况下将输出电压调节到设定值。电压电平转换的原理可以由图2(a)所示的简单电路来说明。图2(b)的波形可以通过接通和断开获得，其中输出电压Vo的平均值Vo与开关的接通和断开时间(ton和toff)相关。调整平均输出电压的最典型方法是使用具有固定开关周期Ts(=ton toff)的脉宽调制(脉宽调制)，并通过调整导通时间来改变平均输出电压Vo。甲乙图2图3(a)示出了脉宽调制开关控制的框图。通过将控制信号Vcontrol与具有周期Ts的锯齿波Vst进行比较来获得开关的开关控制信号，并且通过放大Vo的实际值和设定值之间的误差来获得控制信号。通过比较Vcontrol和Vst获得的开关控制信号的波形如图3(b)所示。当控制信号Vst大时，即使开关接通，它也是高电平信号，而即使开关断开，它也是低电平信号，因此开关的开关周期是Ts。从上述原理可以看出，开关的占空比是D=ton/Ts=Vcontrol/Vst，其中Vst是锯齿波的振幅。图3降压DC-DC转换器降压转换器，顾名思义，用于将较高电平的输入电压替换为较低电平的输出电压。主要用于DC电源和DC电机速度控制。图2(a)示出了提供纯电阻负载的降压转换器。从图2(b)可以看出，输出电压波形由开关位置决定。平均输出电压为图4升压DC-DC转换器图5是升压转换器电路，主要用于DC电源和DC电机的再生断开。顾名思义，它的输出电压高于输入电压。当开关接通时，二极管反向偏置，输入功率存储在电感中，负载功率由电容提供。当开关关闭时，负载吸收输入并将电能储存在电感中。图5图6示出了电感器电流是连续的稳态操作波形，其可以从稳态下电感器电压的一个周期的平均值获得。Vdton (Vd-Vo)toff=0用Ts将等号的两边分开并重新排列假设电路没有损耗，输入功率Pd=VdId等于输出功率Po=VoIo。然后图6上下DC-DC转换器降压-升压转换器的主要用途是DC电源，其中输入和输出具有相反的极性，并且输出电压可以高于或低于输入电压。降压-升压转换器可以通过串联连接降压转换器和升压转换器来形成，并且稳态下输入电压转换器与输出电压转换器的比率是两个转换器的各自比率的乘积因此，改变占空比D可以使输出电压高于或低于输入电压。DC至交流开关逆变器切换DC交流逆变器(INVTER)用于将DC功率转换成幅度和频率可调的正弦交流功率。其主要用途是交流电机驱动和交流不间断电源。图7是由交流电机驱动的典型逆变器的框图。DC输入电压通常由线电压整流和滤波，然后通过开关逆变器改变输出电压的幅度和频率来驱动交流电机。开关逆变器的功率流通常是从DC到交流，称为反向电流模式，但也可以从交流到DC，称为整流模式。图7交流电机驱动逆变器框图二极管整流滤波电容开关逆变器逆变器包括单相和三相逆变器，其输入为直流电压源，称为电压源逆变器(VSI)。此外，如果输入是DC电流源，则称为电流源逆变器(CSI)，目前仅适用于大功率交流电机驱动器。1.脉宽调制逆变器：其输入电压通常是固定的，逆变器本身具有变频和变压功能，这是通过开关的脉宽调制开关控制来实现的，有多种脉宽变化技术可以使输出电压近似弦波。2.方波逆变器：该逆变器的输出电压幅度由其输入电压调节。逆变器本身只控制输出频率。交流输出电压波形近似为方波，因此称为方波逆变器。3.使用电压抵消的单相逆变器：当输入电压为固定值时，单相逆变器可以使用电压抵消法进行频率转换和电压变换，而无需脉宽调制。其输出电压波形类似于方波，因此它结合了上述两种逆变器的特点。值得注意的是，电压消除法不适用于三相逆变器。开关逆变器的基本概念考虑图8(a)的单相逆变器，假设其正弦输出电压vo被滤波，如果输出负载是电感性的(例如，电动机)，则输出电流io将滞后于Vo，如图8(b)所示。在周期1和3中，Vo和io具有相同的符号，并且瞬时功率Po=Voio为正，因此从DC侧发送到交流侧的功率被称为反向流动模式。在周期2和4中，Vo和I0是不同的，并且瞬时功率P0是负的，因此功率从交流侧发送到DC侧，这被称为整流模式。图8(a)的开关逆变器在每个周期经历平面中四个象限的所有象限。图8为了清楚说明，将使用单臂逆变器。图9如图9(a)所示，逆变器电路的脉宽调制切换技术由正弦波形控制信号Vcontrol和三角波形Vtri进行比较。三角波(也称为载波)的幅度为Vtri，频率为fs，fs决定逆变器开关的开关频率，正弦波控制电压Vcontrol(也称为调制信号)的基频f1决定逆变器的输出频率，其幅度决定逆变器输出电压的大小。调幅指数定义为ma=Vcontrol/Vtri，其中Vcontrol是Vcontrol的幅度，调频指数定义为mf=fs/f1。图8中逆变器开关的控制方法独立于io方向图10由于两个开关的导通是互补的，输出电压仅在Vd/2和-Vd/2二进制值之间变化。图11(b)示出了当ma=0.8和mf=15时输出电压VAo及其基波(由虚线表示)的波形。图11单相全桥逆变器如图12所示，单相全桥逆变器由上述两个半桥逆变器组成。在相同的输入电压下，全桥逆变器的最大输出电压是半桥逆变器的两倍，这意味着在相同的功率下，全桥逆变器的输出和开关电流仅为半桥逆变器的一半。这对于高功率应用来说是一大优势，因为它可以减少使用并行组件的需求。图12双极电压开关的脉宽调制图13单极电压开关的脉宽调制图14图14使用双极电压切换的脉宽调制全桥逆变器成对切换(TA，TB-)和(TA，TB)，并且两者彼此相反。采用单极性电压开关的脉宽调制全桥逆变器是a臂和b臂独立开关，同一臂上的两个开关彼此相反图14使用单极电压开关的脉宽调制全桥逆变器是