電子逆變器電路圖詳解 電子逆變器電路圖原理大全 KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2018-04-23
逆變器是通過半導(dǎo)體功率開關(guān)的開通和關(guān)斷作用，把直流電能轉(zhuǎn)變成交流電能的一種變換裝置，是整流變換的逆過程。
工作原理
逆變裝置的核心，是逆變開關(guān)電路，簡稱為逆變電路。該電路通過電力電子開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷，來完成逆變的功能。
特點(diǎn)
(1)要求具有較高的效率。
由于目前太陽能電池的價(jià)格偏高，為了最大限度的利用太陽能電池，提高系統(tǒng)效率，必須設(shè)法提高逆變器的效率。
(2)要求具有較高的可靠性。
目前光伏電站系統(tǒng)主要用于邊遠(yuǎn)地區(qū)，許多電站無人值守和維護(hù)，這就要求逆變器有合理的電路結(jié)構(gòu)，嚴(yán)格的元器件篩選，并要求逆變器具備各種保護(hù)功能，如：輸入直流極性接反保護(hù)、交流輸出短路保護(hù)、過熱、過載保護(hù)等。
(3)要求輸入電壓有較寬的適應(yīng)范圍。
由于太陽能電池的端電壓隨負(fù)載和日照強(qiáng)度變化而變化。特別是當(dāng)蓄電池老化時(shí)其端電壓的變化范圍很大，如12V的蓄電池，其端電壓可能在10V~16V之間變化，這就要求逆變器在較大的直流輸入電壓范圍內(nèi)保證正常工作。
逆變器是通過半導(dǎo)體功率開關(guān)的開通和關(guān)斷作用，把直流電能轉(zhuǎn)變成交流電能的一種變換裝置，是整流變換的逆過程。
車載逆變器的整個(gè)電路大體上可分為兩大部分，每部分各采用一只TL494或KA7500芯片組成控制電路，其中第一部分電路的作用是將汽車電瓶等提供的12V直流電，通過高頻PWM (脈寬調(diào)制)開關(guān)電源技術(shù)轉(zhuǎn)換成30kHz－50kHz、220V左右的交流電；第二部分電路的作用則是利用橋式整流、濾波、脈寬調(diào)制及開關(guān)功率輸出等技術(shù)，將30kHz～50kHz、220V左右的交流電轉(zhuǎn)換成50Hz、220V的交流電。
（1）腳第一組放大器的同相輸入端，檢測輸出電流，與3個(gè)0.33R 電阻分壓，當(dāng)電流過大時(shí)，分壓電阻上的電壓超過（2）腳基準(zhǔn)電壓，（3）腳放大器輸出端輸出高電平，（3）腳為高電平時(shí)，電路進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)。（2）腳為比較器的反相輸入端，接（14）腳基準(zhǔn)，作比較器的參考電壓，外部輸入端的控制信號(hào)可輸入至腳（4）的截止時(shí)間控制端（也叫死區(qū)時(shí)間控制），與腳（1）、（2）、（15）、（16）誤差放大器的輸入端，其輸入端點(diǎn)的抵補(bǔ)電壓為120mV，其可限制輸出截止時(shí)間至最小值，大約為最初鋸齒波周期時(shí)間的4%。當(dāng)13腳的輸出模控制端接地時(shí)，可獲得96%最大工作周期，而當(dāng)(13)腳接制參考電壓時(shí)，可獲得48%最大工作周期。如果我們?cè)诘?腳截止時(shí)間控制輸入端設(shè)定一個(gè)固定電壓，其范圍由0V至3.3V之間，則附加的截止時(shí)間一定出現(xiàn)在輸出上。 （5）、（6）腳是一個(gè)固定頻率的脈沖寬度調(diào)制電路，內(nèi)置了線性鋸齒波振蕩器，振蕩頻率可通過外部的一個(gè)電阻和一個(gè)電容進(jìn)行調(diào)節(jié)，其振蕩頻率如下：
輸出脈沖的寬度是通過電容CT上的正極性鋸齒波電壓與另外兩個(gè)控制信號(hào)進(jìn)行比較來實(shí)現(xiàn)。功率輸出管Q1和Q2受控于或非門。當(dāng)雙穩(wěn)觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)為低電平時(shí)才會(huì)被選通，即只有在鋸齒波電壓大于控制信號(hào)期間才會(huì)被選通。當(dāng)控制信號(hào)增大，輸出脈沖的寬度將減小。（7）腳接地端，（8）、（11）腳是Q1和Q2內(nèi)部開關(guān)管的集電極，在此電路中接電源，(9)、(10)腳為Q1、Q2的發(fā)射極，作開關(guān)管驅(qū)動(dòng)輸出端，接下圖中Q1與Q2外部放大電路。以驅(qū)動(dòng)后極推挽電路。（12）腳電源端，(13）腳為輸出控制端，接(14)腳基準(zhǔn)電壓時(shí)兩路輸出脈沖相差180方位，每路輸出量大約200MA的驅(qū)動(dòng)推挽或半橋式電路。(15)、腳第二組放大器的反相輸入端，接基準(zhǔn)電壓， （16)腳同相輸入端，檢測電源電壓。當(dāng)電壓過高超過（15)腳參考電壓時(shí)，（3）腳輸出高電平，電路進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)。
這是一個(gè)推挽式拓?fù)淠孀冸娐罚?dāng)E1驅(qū)動(dòng)脈沖驅(qū)動(dòng)時(shí)，Q1導(dǎo)通，使VT3、VT6導(dǎo)通，VT7、VT8截止，此時(shí)電路進(jìn)行正半周波形放大，變壓器升壓到次級(jí)，通過高頻整流管整流，當(dāng)E2脈沖驅(qū)動(dòng)時(shí)，Q2導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)VT7、VT8導(dǎo)通。VT3、VT6截止，進(jìn)得負(fù)半周波形放大。經(jīng)升壓變壓器升壓后，高頻整流。
（此VT3\6\7\8以推挽方式存在于電路中，各負(fù)責(zé)正負(fù)半周的波形放大任務(wù)，電路工作時(shí)，兩只對(duì)稱的功率開關(guān)管每次只有一對(duì)導(dǎo)通，所以導(dǎo)通損耗小效率高。推挽輸出既可以向負(fù)載灌電流.）
最后由TL494CN芯片的5腳外接點(diǎn)容C3和6腳外接電阻R15決定脈寬頻率為F=1.1÷(0.1×220)KHZ=50HZ控制Q10、Q11、Q13、Q14工作在50HZ的頻率下，將220V直流電逆變?yōu)?20V/50HZ的交流電，上圖將完成這部分功能。TL494正向時(shí)，IC2控制Q3為飽和導(dǎo)通狀態(tài)，Q4為截止?fàn)顟B(tài)，由于Q3為飽和導(dǎo)通狀態(tài)，則Q10為飽和導(dǎo)通狀態(tài)。由于Q4處于截止?fàn)顟B(tài)，Q11因柵極無正偏壓而處于截止?fàn)顟B(tài)，同時(shí)Q14因柵極無正偏壓而處于截止?fàn)顟B(tài)， Q13為飽和導(dǎo)通狀態(tài)。此時(shí)220V直流電經(jīng)VT6沿XAC插座到負(fù)載再經(jīng)VT10接地，形成正半周期電流；反向時(shí)，IC2控制Q3為截止?fàn)顟B(tài)，Q4為飽和導(dǎo)通狀態(tài)，由于Q3為截止?fàn)顟B(tài)，則Q10、Q13因柵極無正偏壓而處于截止?fàn)顟B(tài)，由于Q4為飽和導(dǎo)通狀態(tài)，Q11處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，同時(shí)Q14處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，Q11因柵極無正偏壓而處于截止?fàn)顟B(tài)。此時(shí)220V直流電經(jīng)VT9沿XAC插座到負(fù)載再經(jīng)VT7接地，形成負(fù)半周期電流；這樣接將220V直流電成功轉(zhuǎn)變?yōu)?20V/50HZ交流電輸出供負(fù)載使用。
電路中采用雙運(yùn)放比較放大器LM358來控制輸出過流保護(hù)，輸出電壓過低保護(hù)電路，TL431在此設(shè)制2.5V基準(zhǔn)電壓，給比較器同相輸入端作參考電壓，第一組運(yùn)放的同相輸入端接輸出電流檢測，反相輸入端接參考電壓，當(dāng)電流過大，比較器輸入電壓升高，當(dāng)超過2.5V時(shí)，輸出端輸出高電平，送入IC1的3腳，IC關(guān)閉輸出。第二組運(yùn)放同相輸入端接參考電壓，反相輸入端接輸出電壓，當(dāng)電壓過低，檢測分壓后電壓低于2.5V時(shí)，輸出端輸出高電平，Q1導(dǎo)通，蜂鳴器報(bào)警。
中小功率
中小功率逆變電源是戶用獨(dú)立交流光伏系統(tǒng)中重要的環(huán)節(jié)之一，因而各國的光伏專家們一直在努力開發(fā)適于戶用的逆變電源，以促使該行業(yè)更好更快地發(fā)展。
多重串聯(lián)型
多重串聯(lián)型逆變器應(yīng)用于電動(dòng)汽車有諸多優(yōu)點(diǎn)。串聯(lián)結(jié)構(gòu)輸出電壓矢量種類大大增加，增強(qiáng)了控制的靈活性，提高了控制的精確性；同時(shí)降低了電機(jī)中性點(diǎn)電壓的波動(dòng)。逆變器的旁路特點(diǎn)可提高充電和再生制動(dòng)控制的靈活性。
隨著人們對(duì)城市環(huán)境的日益關(guān)切，電動(dòng)汽車的發(fā)展得到了一個(gè)難得的機(jī)遇。在城市交通中，電動(dòng)大客車由于載量大，綜合效益高，成為優(yōu)先發(fā)展的對(duì)象。電動(dòng)大客車大都采用三相交流電機(jī)，由于電機(jī)功率大，三相逆變器中的器件需要承受高電壓和大電流應(yīng)力的作用，較高的dv/dt又使電磁輻射嚴(yán)重，并且需要良好的散熱。
而采用多重串聯(lián)型結(jié)構(gòu)的大功率逆變器則降低了單個(gè)器件承受的電壓應(yīng)力，降低了對(duì)器件的要求；降低了dv/dt值，減少了電磁輻射，器件的發(fā)熱也大大減少；由于輸出電平種類增加，控制性能更好。
多重串聯(lián)型逆變器適用于大功率的電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。采用多重串聯(lián)型結(jié)構(gòu)，可降低多個(gè)蓄電池串聯(lián)帶來的危險(xiǎn)，降低器件的開關(guān)應(yīng)力和減少電磁輻射。但需要的電池?cái)?shù)增加了2倍。
多重串聯(lián)型結(jié)構(gòu)輸出電壓矢量種類大大增加，從而增強(qiáng)了控制的靈活性，提高了控制的精確性；同時(shí)降低電機(jī)中性點(diǎn)電壓的波動(dòng)。為維持每組蓄電池電量的均衡，在運(yùn)行時(shí)需要確保電池的放電時(shí)間一致。通過旁路方式，可靈活地對(duì)蓄電池組充電，還可控制再生制動(dòng)的力矩。
車載
車載逆變器一般使用汽車電瓶或者點(diǎn)煙器供電，先將低壓直流電轉(zhuǎn)換為265V左右的直流電，然后將高壓的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)?20V、50Hz的交流電。車載逆變器打破了在車內(nèi)使用電器的諸多局限。車載電源不僅適用于車載系統(tǒng)，只要有DC12V直流電源的場合，都可使用。車載逆變器充分考慮到外部的使用環(huán)境，當(dāng)發(fā)生過載或短路現(xiàn)象時(shí)將自動(dòng)保護(hù)關(guān)機(jī)。
電壓源逆變器是按照控制電壓的方式將直流電能轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟娔埽?是逆變技術(shù)中最為常見和簡單的一種，下面主要介紹單相電壓源逆變器。
要從一個(gè)直流電源中獲取交流電能，有多種方式，但至少應(yīng)使用兩個(gè)功率開關(guān)元件，單相逆變器有推挽式、半橋式、全橋式三種電路拓樸結(jié)構(gòu)，如果每半個(gè)工頻周期內(nèi)只輸出一個(gè)脈沖，我們稱其為方波逆變器，如果每半個(gè)周期內(nèi)有多個(gè)脈寬組成，并且脈沖寬度符合正弦波調(diào)制（SPWM）規(guī)律，則稱其為正弦波脈寬調(diào)制輸出。方波逆變技術(shù)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)單脈沖調(diào)制技術(shù)，下面介紹其工作原理。
下圖是單相推挽式逆變器的拓樸結(jié)構(gòu)，該電路由兩只共負(fù)極的功率開關(guān)元件和一個(gè)初級(jí)帶有中心抽頭的升壓變壓器組成。
若交流負(fù)載為純阻性負(fù)載，當(dāng) t 1 ≤t≤t 2 時(shí) VT 1 功率管加上柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào) Ug1，VT 1 導(dǎo)通，VT 2 截止，變壓器輸出端感應(yīng)出正電壓；當(dāng) t 3 ≤t≤t 4 時(shí)，VT 2 功率管加上柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào) Ug2，VT 2 導(dǎo)通，VT 1 截止，變壓器輸出端感應(yīng)出負(fù)電壓，波形如圖下圖所示，若負(fù)載為感性負(fù)載，則變壓器內(nèi)的電流波形連續(xù)，輸出電壓、電流波形如下圖推挽電路波形。
推挽逆變器的輸出只有兩種狀態(tài)+V0 和-V0 ，實(shí)質(zhì)上是雙極性調(diào)制，通過調(diào)節(jié) VT1 和 VT2 的占空比來調(diào)節(jié)輸出電壓。推挽式方波逆變器的電路拓樸結(jié)構(gòu)簡單，兩個(gè)功率管可共地驅(qū)動(dòng)，但功率管承受開關(guān)電壓為 2 倍的直流電壓，因此適合應(yīng)用于直流母線電壓較低的場合。另外，變壓器的利用率較低，驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載困難。
半橋式逆變電路的拓樸結(jié)構(gòu)如圖 2-4 所示，兩只串聯(lián)電容的中點(diǎn)作為參考點(diǎn)，當(dāng)開關(guān)元件 VT 1 導(dǎo)通時(shí)，電容 C 1 上的能量釋放到負(fù)載 RL 上，而當(dāng) VT 2 導(dǎo)通時(shí)，電容C 2 上的能量釋放到負(fù)載 RL 上，VT 1 和 VT 2 輪流導(dǎo)通時(shí)在負(fù)載兩端獲得了交流電能，半橋逆變電路在功率開關(guān)元件不導(dǎo)通時(shí)承受直流電源電壓 Ud，由于電容 C 1 和 C 2 兩端的電壓均為 Ud/2（假設(shè) C 1 =C 2 ） ，因此功率元件 VT 1 和 VT 2 承受的電流為 2Id。實(shí)質(zhì)上單相半橋電路和前一節(jié)討論的單相推挽電路在電路結(jié)構(gòu)上是對(duì)偶的，讀者可自行分析半橋電路的工作過程。
半橋型逆變電路結(jié)構(gòu)簡單，由于兩只串聯(lián)電容的作用，不會(huì)產(chǎn)生磁偏或直流分量，非常適合后級(jí)帶動(dòng)變壓器負(fù)載，當(dāng)該電路工作在工頻（50 或者 60H Z ）時(shí)，電容必須選取較大的容量，使電路的成本上升，因此該電路主要用于高頻逆變場合。
單相全橋逆變電路也稱“H 橋”電路，其電路拓樸結(jié)構(gòu)如圖所示，由兩個(gè)半橋電路組成， 以 180度方波為例說明單相全橋電路的工作原理， 功率開關(guān)元件 Q 1 與 Q 4 互補(bǔ)，Q 2 與 Q 3 互補(bǔ)，當(dāng) Q 1 與 Q 3 同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電壓 U 0 = +Ud；當(dāng) Q 2 與 Q 4 同時(shí)悼通時(shí)，負(fù)載兩端 U 0 = -Ud，Q 1 Q 3 和 Q 2 Q 4 輪流導(dǎo)通，負(fù)載兩端就得到交流電能。
假設(shè)負(fù)載具有一定電感，即負(fù)載電流落后與電壓 j 角度，在 Q1Q3 功率管柵極加上驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)，由于電流的帶后，此時(shí) D1 D3 仍處于導(dǎo)通續(xù)流階段，當(dāng)經(jīng)過 y 電角度時(shí)，電流過零，電源向負(fù)載輸送有功功率，同樣當(dāng) Q2 Q4 加上柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí) D2D4 仍處于續(xù)流狀態(tài)，此時(shí)能量從負(fù)載饋送回直流側(cè)，再經(jīng)過 y 電角度后，Q2 Q4 才真正流過電流。
單相全橋電路上述工作狀況下 Q1Q3 和 Q2Q4 分別工作半個(gè)周期， 其輸出電壓波形為 180 度的方波，事實(shí)上這種控制方式并不實(shí)用，因?yàn)樵趯?shí)際的逆變電源中輸出電壓是需要可以控制和調(diào)節(jié)的。
實(shí)例講解
以上是一款較為容易制作的逆變器電路圖，可以將12V直流電源電壓逆變?yōu)?20V市電電壓，電路由BG2和BG3組成的多諧振蕩器推動(dòng)，再通過BG1和BG4驅(qū)動(dòng)，來控制BG6和BG7工作。其中振蕩電路由BG5與DW組的穩(wěn)壓電源供電，這樣可以使輸出頻率比較穩(wěn)定。在制作時(shí)，變壓器可選有常用雙12V輸出的市電變壓器。可根據(jù)需要，選擇適當(dāng)?shù)?2V蓄電池容量。
以下是一款高效率的正弦波逆變器電器圖，該電路用12V電池供電。先用一片倍壓模塊倍壓為運(yùn)放供電。可選取ICL7660或MAX1044。運(yùn)放1產(chǎn)生50Hz正弦波作為基準(zhǔn)信號(hào)。運(yùn)放2作為反相器。運(yùn)放3和運(yùn)放4作為遲滯比較器。其實(shí)運(yùn)放3和開關(guān)管1構(gòu)成的是比例開關(guān)電源。運(yùn)放4和開關(guān)管2也同樣。它的開關(guān)頻率不穩(wěn)定。在運(yùn)放1輸出信號(hào)為正相時(shí)，運(yùn)放3和開關(guān)管工作。這時(shí)運(yùn)放2輸出的是負(fù)相。這時(shí)運(yùn)放4的正輸入端的電位(恒為0)總比負(fù)輸入端的電位高，所以運(yùn)放4輸出恒為1，開關(guān)管關(guān)閉。在運(yùn)放1輸出為負(fù)相時(shí)，則相反。這就實(shí)現(xiàn)了兩開關(guān)管交替工作。
當(dāng)基準(zhǔn)信號(hào)比檢測信號(hào)，也即是運(yùn)放3或4的負(fù)輸入端的信號(hào)比正輸入端的信號(hào)高一微小值時(shí)，比較器輸出0，開關(guān)管開，隨之檢測信號(hào)迅速提高，當(dāng)檢測信號(hào)比基準(zhǔn)信號(hào)高一微小值時(shí)，比較器輸出1，開關(guān)管關(guān)。這里要注意的是，在電路翻轉(zhuǎn)時(shí)比較器有個(gè)正反饋過程，這是遲滯比較器的特點(diǎn)。比如說在基準(zhǔn)信號(hào)比檢測信號(hào)低的前提下，隨著它們的差值不斷地靠近，在它們相等的瞬間，基準(zhǔn)信號(hào)馬上比檢測信號(hào)高出一定值。這個(gè)“一定值”影響開關(guān)頻率。它越大頻率越低。這里選它為0.1~0.2V。
C3，C4的作用是為了讓頻率較高的開關(guān)續(xù)流電流通過，而對(duì)頻率較低的50Hz信號(hào)產(chǎn)生較大的阻抗。C5由公式：50=算出。L一般為70H，制作時(shí)最好測一下。這樣C為0.15μ左右。R4與R3的比值要嚴(yán)格等于0.5，大了波形失真明顯，小了不能起振，但是寧可大一些，不可小。開關(guān)管的最大電流為：
I==25A。
現(xiàn)有的逆變器，有方波輸出和正弦波輸出兩種。方波輸出的逆變器效率高，對(duì)于采用正弦波電源設(shè)計(jì)的電器來說，除少數(shù)電器不適用外大多數(shù)電器都可適用，正弦波輸出的逆變器就沒有這方面的缺點(diǎn)，卻存在效率低的缺點(diǎn)，如何選擇這就需要根據(jù)自己的需求了。
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