01本文要點

了解基本的逆變器輸入和輸出方案

逆變器的種類及其制造方法

消費類電源逆變器的用途和其他應(yīng)用

功率逆變器是將DC轉(zhuǎn)換成交流電的有用裝置。

逆變器是將直流電(DC)轉(zhuǎn)換成交流電(AC)的裝置。他們從DC源獲取能量并將其轉(zhuǎn)化為電能；它們不產(chǎn)生任何額外的能量，因此不是發(fā)電機。輸入和輸出電壓和頻率因每個逆變器及其設(shè)計任務(wù)而異。在高電流和高電壓應(yīng)用中使用的逆變器被稱為功率逆變器。在低電流和低電壓應(yīng)用中使用的逆變器被稱為振蕩器。相反的電路——將交流電轉(zhuǎn)換成DC——被稱為整流器。在本文中，我們將深入探討逆變器及其功能、設(shè)計和應(yīng)用。

逆變器功能:輸入和輸出

逆變器有一個DC輸入、一個特定的頻率和交流電壓電平——取決于它們的設(shè)計負(fù)載。

逆變器使用穩(wěn)定的DC電源作為輸入。常見的輸入值范圍從低壓到數(shù)百，取決于逆變器的設(shè)計。例如，12 V DC輸入通常用于由可充電鉛酸電池或其他汽車電源插座供電的消費者和商業(yè)逆變器。家用能源系統(tǒng)可能使用24、36或48伏DC，而光伏太陽能電池板中的逆變器可能有200至400伏輸入。在高壓直流輸電系統(tǒng)中，一些逆變器達(dá)到幾十萬伏。

逆變器輸出的交流信號通常是正弦波、方波或修正的準(zhǔn)正弦波，具體取決于應(yīng)用。旨在復(fù)制市電的逆變器信號輸出通常為120或240 VAC時的50或60 Hz，以匹配標(biāo)準(zhǔn)電力線頻率和電壓。如果輸出需要進(jìn)一步處理或提升，為了提高變壓器效率，輸出頻率可能會高得多。

逆變器功率極限的額定值以瓦特或千瓦表示。該值描述了逆變器可驅(qū)動的功率量以及DC源所需的功率量(不包括低效率)。

逆變器負(fù)載

逆變器用于向需要交流電源的負(fù)載供電。兩種類型的交流負(fù)載是單相和三相負(fù)載，因此針對每種類型的負(fù)載設(shè)計了逆變器。

逆變器波形和設(shè)計

通常，逆變器產(chǎn)生三種波形之一:方波、正弦波或準(zhǔn)正弦波。

1. 方波逆變器使用最少，但設(shè)計最簡單。方波輸出可用于為各種家用電器或其他設(shè)備供電。用方波交流電源給設(shè)備供電會導(dǎo)致效率更低和損耗更大。

2. 正弦波逆變器通常用于住宅和商業(yè)應(yīng)用，是最高效的類型，但設(shè)計復(fù)雜且成本高昂。它們產(chǎn)生純正弦波，類似于電網(wǎng)中使用的正弦波。正弦波逆變器的損耗最小。

3. 改進(jìn)的正弦波或準(zhǔn)正弦波逆變器產(chǎn)生一系列類似正弦波但不平滑的階躍。最基本的是延遲四分之一周期的兩個方波之和，產(chǎn)生具有三個電平的波:負(fù)峰值、零和正峰值。許多廉價的消費類電源逆變器產(chǎn)生的是經(jīng)過修改的正弦波，而不是純正弦波。就復(fù)雜性和效率而言，這些介于方波和正弦波逆變器之間。

逆變器的設(shè)計

逆變器的設(shè)計取決于所需的負(fù)載和感興趣的交流波形。

方波

H橋的結(jié)構(gòu)(以紅色突出顯示)。

對于單相負(fù)載，可以在逆變器中使用半橋逆變器或全H橋設(shè)計。對于半橋配置，負(fù)載的每一側(cè)使用兩個晶體管。這適用于電子撥動開關(guān)，例如MOSFET，并且不能切換施加到負(fù)載的電壓極性。

用于三相負(fù)載的逆變器設(shè)計。三相逆變器通常用于變頻驅(qū)動應(yīng)用比如電機驅(qū)動。它們由三個單相逆變器開關(guān)組成，每個開關(guān)連接到三個負(fù)載端子中的一個，如上圖所示。

修正方波和準(zhǔn)正弦波

對于三相逆變器，有一個6步(23-2狀態(tài))開關(guān)序列，導(dǎo)致負(fù)載的2個任意端口上有3個可能的電壓電平。

兩個并聯(lián)的六步三相逆變器將產(chǎn)生更高的額定電流。將它們串聯(lián)會導(dǎo)致更高的額定電壓。輸出波形也得到改善，更像正弦波，并增加了額外的反相器。

純正弦波

藍(lán)色PWM波用于產(chǎn)生濾波正弦波(紅色)。

創(chuàng)建正弦波的一個好選擇是通過PWM和低通濾波器。開關(guān)速度必須比輸出波的目標(biāo)頻率快得多，但開關(guān)速度越快，諧波含量的控制就越精確。在這種方法中，使用具有極快開關(guān)能力的微控制器和反饋環(huán)路可以很好地逼近正弦波。

產(chǎn)生正弦波的其他方法包括使用振蕩器架構(gòu)具有濾波或具有后處理的振蕩晶體。

消費類電源逆變器

連接到車輛DC端口的電源逆變器

功率逆變器可作為獨立設(shè)備購買，以滿足各種消費者需求。

01家用電源逆變器萬一大樓停電，逆變器可以幫助維持必要的電器運行。較小的設(shè)置可能需要將汽車電池連接到逆變器上。逆變器將電能轉(zhuǎn)換成交流電，然后被電器使用，耗盡電池。在這種情況下，保持汽車運行將保持電池充電，充當(dāng)發(fā)電機。將兩節(jié)12V汽車電池直接連接到逆變器上也可以在緊急情況下使用。02適用于大型車輛的便攜式逆變器

便攜式逆變器可用于卡車、船只、房車等大型車輛。一個永久安裝的逆變器直接連接到電池上，讓用戶可以輕松運行他們的電腦和其他大型設(shè)備。

03工業(yè)用功率逆變器

逆變器也可用于離網(wǎng)作業(yè)現(xiàn)場和其他用電受限的地方。這些逆變器使用比汽車主電池大的電池。電動工具在啟動和使用過程中經(jīng)常需要短時間的高強度電力。在這種情況下，使用能夠提供輸出功率的合適的重型逆變器來處理這些電涌是一個好主意。

04用于敏感電子設(shè)備的逆變器

一些設(shè)備，如自動柜員機、專用計算機、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和特定的音頻和視頻設(shè)備，可能需要微處理器控制的純正弦波。這確保了設(shè)備冷卻運行，并持續(xù)更長時間，而沒有由準(zhǔn)正弦波引起的低效率。在這種情況下，尋找提供純正弦波輸出的逆變器。

逆變器應(yīng)用

逆變器用于各種應(yīng)用，并內(nèi)置于許多消費電子設(shè)備中。

正如我們已經(jīng)討論過的，它們可以單獨使用，也可以與DC電源(如電池)作為交流電源，為設(shè)計用于市電運行的交流設(shè)備提供燃料。如果主電源關(guān)閉，這可用于創(chuàng)建不間斷電源(UPS)。當(dāng)電力恢復(fù)時，整流器可以給電池充電。

逆變器也用于感應(yīng)加熱。交流主電源首先被整流為DC電源，然后逆變器將其轉(zhuǎn)換為用于感應(yīng)烹飪的高頻交流電源。

逆變器用于電擊武器，通過高頻變壓器將9V DC電池的能量轉(zhuǎn)換成數(shù)百或數(shù)千伏的交流電壓。然后整流并儲存在電容器中，直到電荷注入脈沖變壓器時觸發(fā)，將最終電壓提升至20 ~ 60 kV。

太陽能逆變器轉(zhuǎn)換可變DC光伏太陽能電池板的輸出轉(zhuǎn)換成交流電，然后輸入商業(yè)電網(wǎng)。太陽能逆變器可以是獨立逆變器、并網(wǎng)逆變器、電池備用逆變器或智能混合逆變器。

逆變器也用于需要交流電源的電機的電機速度控制器。電機速度控制包括工業(yè)電機驅(qū)動設(shè)備、電動車輛、鐵路運輸系統(tǒng)和其他電動工具。