01本文要點(diǎn)

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(fèi)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(jī)。輸入和輸出電壓和頻率因每個(gè)逆變器及其設(shè)計(jì)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(jì)和應(yīng)用。

逆變器功能:輸入和輸出

逆變器有一個(gè)DC輸入、一個(gè)特定的頻率和交流電壓電平——取決于它們的設(shè)計(jì)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(jì)。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(fèi)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(hào)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(hào)輸出通常為120或240 VAC時(shí)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(huì)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(dòng)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(duì)每種類型的負(fù)載設(shè)計(jì)了逆變器。

逆變器波形和設(shè)計(jì)

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(jì)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(huì)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(jì)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(gè)方波之和，產(chǎn)生具有三個(gè)電平的波:負(fù)峰值、零和正峰值。許多廉價(jià)的消費(fèi)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(jì)

逆變器的設(shè)計(jì)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(duì)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(jì)。對(duì)于半橋配置，負(fù)載的每一側(cè)使用兩個(gè)晶體管。這適用于電子撥動(dòng)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(jì)。三相逆變器通常用于變頻驅(qū)動(dòng)應(yīng)用比如電機(jī)驅(qū)動(dòng)。它們由三個(gè)單相逆變器開關(guān)組成，每個(gè)開關(guān)連接到三個(gè)負(fù)載端子中的一個(gè)，如上圖所示。

修正方波和準(zhǔn)正弦波

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

兩個(gè)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(huì)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(gè)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(fèi)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(dú)立設(shè)備購買，以滿足各種消費(fèi)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(yùn)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(yùn)行將保持電池充電，充當(dāng)發(fā)電機(jī)。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(gè)永久安裝的逆變器直接連接到電池上，讓用戶可以輕松運(yùn)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(dòng)工具在啟動(dòng)和使用過程中經(jīng)常需要短時(shí)間的高強(qiáng)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(gè)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(dòng)柜員機(jī)、專用計(jì)算機(jī)、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(yùn)行，并持續(xù)更長時(shí)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(fèi)電子設(shè)備中。

正如我們已經(jīng)討論過的，它們可以單獨(dú)使用，也可以與DC電源(如電池)作為交流電源，為設(shè)計(jì)用于市電運(yùn)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(shí)，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(chǔ)存在電容器中，直到電荷注入脈沖變壓器時(shí)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(dú)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(jī)的電機(jī)速度控制器。電機(jī)速度控制包括工業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備、電動(dòng)車輛、鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)和其他電動(dòng)工具。