PWM 逆变器基础知识

逆变器是一种可以将直流电转换为交流电的电子设备。它具有可变的输入和输出特性。借助逆变器，汽车电池可用于为普通家用电器供电。这样，即使没有常规交流电源，也可以在露营地或海滩使用任何家用电器。逆变器的一个常见用途是仅用汽车电池在荒无人烟的地方为电视供电。

有了逆变器，随时随地都可以有交流电

如果您需要为以 230 VAC(50 Hz)运行的设备供电，但没有提供该电压的家用电源插座，则需要使用逆变器和直流发电机，例如 12 V 汽车电池、大型电池，甚至是合适的太阳能电池板。事实上，在没有交流电的地方，这些设备与光伏电池板结合使用，并且它们的使用日益增多。

根据产生的信号类型，逆变器有不同的型号，例如：

· 方波逆变器;

· 修正正弦波逆变器;

· 纯正弦波逆变器。

这些输出的比较和参考电压由家用电压制成，具有完美的正弦波形。逆变器产生的波形可以通过方程概括。因此，可以构建通过 DAC 电路再现信号的数字逆变器。由不同类型的逆变器产生的一些频率为 50 Hz 的交流波形。因此，用户应根据要供电的负载自行检查设备的输出信号。可以使用优质的示波器进行此类检查，记住使用适当的分压器将电压值置于测量仪器支持的范围内。也可以使用优质的频谱分析仪来检查信号中的谐波。

如果要供电的负载是纯电阻且经济价值不高，用户可以安全地使用方波逆变器。事实上，电阻负载不需要特定的波形;重要的是其两端有合适的功率。在某些情况下，即使是直流电压可以使用，结果是一样的。以钨丝白炽灯泡为例。它们可以处理任何类型的电信号。另一方面，如果负载是电感性或电容性的，则需要尽可能接近正弦波的信号，否则它们可能会发生故障并产生等于电源频率的本底噪声。当然，最好的发电设备是纯正弦波逆变器。它适合为任何类型的负载供电，因为再现的信号忠实地遵循正弦波的形状。显然，这些类型的逆变器更复杂，成本也更高。同样，使用 50 Hz 的频率，可以确定上图波形背后的数学方程。

请注意，如果 x 为负，则 Sign(x) 函数返回 -1;如果 x 为正，则返回 +1;如果 x 为零，则返回 0。在这些波形中，显然纯波形由正弦信号表示，其中不包含任何类型的失真。

逆变器的运行

逆变器是一种将能量从一种形式转换为另一种形式的设备，它在输出端将输入端的直流电转换为交流电。该设备使用变压器，该变压器从另一个线圈产生的可变磁场产生感应交流电。如果交流电流过线圈，它会产生磁场。如果电流方向改变，磁场的极性也会改变。变压器的次级线圈可以产生与初级线圈不同的电压，从而改变这些电感器的特性。如果将适当的电力电子电路与变压器匹配，使电流连续快速地改变方向(50 Hz 或 60 Hz)，则可以制作一个简单的逆变器来产生方波。输出信号的频率取决于初级线圈上的电流流动方式。为了使电流能够快速改变方向，必须使用适当的半导体电子开关，例如晶体管、IGBT 或较新的 MOSFET。

方波逆变器

这是一种产生方波交流信号的设备，如前所述，因此大多数 230 VAC 负载不会接受这种波形。使用这种逆变器，可以为老式白炽灯泡、小电阻加热器或几瓦的锡烙铁供电。出于这个原因，它并没有得到广泛使用，但它的实现对于理解这种能量转换的工作原理很有用。由于电抗反馈现象，它可以升温相当多。其性能相当低，产生的谐波失真高达42%。该电路使用非稳态多谐振荡器来驱动变压器的初级线圈。典型的振荡频率约为50Hz，改变它需要改变电容器C1和C2以及电阻器R1和R2的值。从图中的频谱图可以看出，输出信号含有丰富的谐波，并且无法供给电容和电感负载，只能供给电阻负载。逆变器的功率由两个晶体管和变压器决定。

其操作非常简单：当第一个晶体管闭合时间等于 T/2 时，负载两端的瞬时电压为 V/2。另一方面，当第二个晶体管闭合时间等于 T/2 时，负载两端的瞬时电压为 -V/2。设计人员必须确保两个晶体管不会同时闭合。如果负载是电感性的，电流就不能立即遵循与电压相同的波形，因此可以立即理解，这种类型的逆变器应该仅用于电阻性负载，而不能用于电感性或电容性负载。

其他类型逆变器

为了在初级线圈的输入端产生正弦波，必须使用适当的振荡器。显然，它提供的电流非常低，不足以直接驱动初级线圈。因此，必须放大电流，以便它能够驱动变压器的初级线圈。使用后一个组件，可以以牺牲电流为代价来增加电压，反之亦然，但功率(伏特 x 安培)保持不变。通常，复杂波的生成是由微控制器通过 PWM 技术完成的。根据设备的分辨率，可以生成具有不同位数的正弦波，这种可能性极大地改变了逆变器的最终价格。

当分辨率大于或等于 6 位时，正弦信号开始变得可以接受。在更高的分辨率下，结果非常专业，并且接近理想值，但硬件和软件的复杂性以及相关成本也同样增加。当 PWM 分辨率大于 8 位时，人眼无法察觉近似各种样本的“阶跃效应”。完全可以相信，通过增加 PWM 的工作分辨率，生成的信号的失真率会成比例降低，并且高次谐波会少得多。