如何实现半桥逆变器和全桥逆变器

时间：2024-08-20 10:17:22

关键字：单相逆变器逆变多相逆变器

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[导读]能够将直流电转换为交流电的电路称为逆变电路，逆变电路也简称为逆变器。按逆变电路输出交流电压的相数不同，可分为单相逆变器、三相逆变器和多相逆变器。

能够将直流电转换为交流电的电路称为逆变电路，逆变电路也简称为逆变器。按逆变电路输出交流电压的相数不同，可分为单相逆变器、三相逆变器和多相逆变器。为了实现电路中电流的正向反向流动，我们需要一个全桥电路对电路中的电流进行调制。

那么为了使加到负载上的电压是成正弦波变化的，我们就要使用到上一节所讲述的方法，将占空比不断变化的方波施加到mos管的栅极。这里将pwm施加到MOS管的方式有单极性调制和双极性调制。所谓单极性调制，就是当pwm为高电平时，电路驱动左端的高侧mos和右端的低侧mos导通。当pwm为低电平时，就和上述相反。很容易想到当pwm占空比大于50%时，电流将正向流动，当占空比小于50%时，电流就将从右端的高侧mos流向左端的低侧mos，这时电流反向流动。这样就实现了电流的双向流通，实现了逆变。可以想到，这样的方式控制上非常简单，但是在一个pwm周期内，电感上将会被施加上正向和反向的电压，纹波将会非常大。

所以，在实际中，我更倾向于使用双极性的调制方式。双极性调制即在一个周期内通过控制mos管的开断实现电压的施加和电流的续流。

图3-13a所示为单相桥式逆变器，4个桥臂由开关构成，输入直流电压E，逆变器负载是电阻R。当将开关S1、S4闭合，S2、S3断开时，电阻上得到左正右负的电压;间隔一段时间后将开关S1、S4打开，S2、S3闭合，电阻上得到右正左负的电压。以频率f交替切换S1、S4和S2、S3，在电阻上就可以得到图3-13b所示的电压波形。显然这是一种交变的电压，随着电压的变化，电流也从一个支路转移到另外一个支路，通常将这一过程称为换相或换流。

在实际应用中，图3-13a所示电路中的开关是各种电力电子器件。逆变器常用的开关器件有：普通型和快速型晶闸管(SCR)、门极关断(GTO)晶闸管、功率晶体管(GTR)、功率场效应晶体管(P-MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(TGBT)等。普通型和快速型晶闸管作为逆变器的开关器件时，因其阳极与阴极两端加有正向直流电压，只要在它的门极加正的触发电压，晶闸管就可以导通。但晶闸管导通后门极失去控制作用，要让它关断就困难了，必须设置关断电路。如用全控器件，可以在器件的门极(或称为栅极、基极)加控制信号使其导通和关断，换流控制自然就简单多了。

1、半桥逆变器

图3-14a所示为半桥逆变器原理图，直流电压Ud加在两个串联的容量足够大的、相同的电容两端，并使得两个电容的连接点为直流电源的中点，即每个电容上的电压为Ud/2。由两个导电臂交替工作使负载得到交变电压和电流，每个导电臂由一个功率晶体管与一个反并联二极管所组成。

电路工作时，两只功率晶体管V1、V2基极信号交替正偏和反偏，两者互补导通与截止。若电路负载为感性，其工作波形如图3-14b所示，输出电压为矩形波，幅值为Um=Ud/2。负载电流io波形与负载阻抗角有关。设t2时刻之前V1导通，电容C1两端的电压通过导通的V1加在负载上，极性为右正左负，得负载电流io由右向左。t2时刻给V1关断信号，给V2导通信号，则V1关断，但感性负载中的电流io方向不能突变，于是VD2导通续流，电容C2两端电压通过导通的VD2加在负载两端，极性为左正右负。当t3时刻io降至零时，VD2截止，V2导通，io开始反向。同样在t4时刻给V2关断信号，给V1导通信号后，V2关断，io方向不能突变，由VD1导通续流。t5时刻io降至零时，VD1截止，V1导通，io反向。

由以上分析可见，当V1或V2导通时，负载电流与电压同方向，直流侧向负载提供能量;而当VD1或VD2导通时，负载电流与电压反方向，负载中电感的能量向直流侧反馈，反馈回的能量暂时储存在直流侧电容器中，电容器起缓冲作用。由于二极管VD1、VD2是负载向直流侧反馈能量的通道，故称反馈二极管;同时VD1、VD2也起着使负载电流连续的作用，因此又称为续流二极管。

2、全桥逆变器

全桥逆变器可看作两个半桥逆变电路的组合。电路原理如图3-15a所示。直流电压ud接有大电容C，使电源电压稳定。电路中的4个桥臂，桥臂1、4和桥臂2、3组成两对，工作时，设t2时刻之前V1、V4导通，负载上的电压极性为左正右负，负载电流io由左向右。t2时刻给V1、V4关断信号，给V2、V3导通信号，则V1、V4关断，但感性负载中的电流io方向不能突变，于是VD2、VD3导通续流，负载两端电压的极性为右正左负。当t3时刻io降至零时，VD2、VD3截止，V2、V3导通，io开始反向。同样在t4时刻给V2、V3关断信号，给V1、V4导通信号后，V2、V3关断，io方向不能突变，由VD1、VD4导通续流。t5时刻io降至零时，VD1、VD4截止，V1、V4导通，io反向，如此反复循环，两对交替各导通180°。其输出电压uo和负载电流io、如图3-15b所示。