三種逆變器電路圖 逆變器的工作模式和應(yīng)用

一、逆變器的定義

逆變器，又稱變流器、反流器，是一種將直流電能（DC）轉(zhuǎn)化為交流電能（AC）的電子設(shè)備。通俗地講，逆變器就是將低壓直流電（如12V、24V、48V等）轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)交流電（一般為220V、50Hz正弦波）的轉(zhuǎn)換器。由于逆變器的作用與將交流電整流為直流電的過程相反，因此得名。

二、逆變器的工作原理

逆變器的工作原理主要基于電力電子技術(shù)和脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)。其基本過程可以概括為以下幾個步驟：

直流電輸入：逆變器接收來自電池或蓄電池的直流電作為輸入。

整流與轉(zhuǎn)換：輸入的直流電經(jīng)過整流器處理后，進(jìn)入逆變橋部分。逆變橋是逆變器的核心部件，通過控制開關(guān)元件（如IGBT）的通斷，將直流電轉(zhuǎn)換為高頻的階段性交流電。

波形調(diào)制：利用PWM技術(shù)，將階段性交流電調(diào)制為一定頻率的正弦波或方波，使其波形接近市電的交流電。

濾波與輸出：經(jīng)過調(diào)制的交流電通過濾波電路，濾除高頻諧波，得到平滑的交流電輸出。

保護(hù)與控制：逆變器內(nèi)部還設(shè)有保護(hù)系統(tǒng)，確保逆變器在負(fù)載變化或故障情況下能夠穩(wěn)定運行，保護(hù)逆變器及連接的電器設(shè)備。

三、逆變器的工作原理

1、單相半橋逆變器的工作模式

兩個晶閘管（S1 和 S2）與兩個反饋二極管（D1 和 D2）連接，如下電路圖所示。

電源電壓分為兩個相等的部分。用于了解阻性負(fù)載的工作原理。

模式1

在此模式下，晶閘管 S1 導(dǎo)通，S2 關(guān)斷。電流流動路徑為V/2-S1-B-RL-AV/2。

流過負(fù)載的電流為B到A方向。負(fù)載兩端的電壓為正V/2。在此模式下，輸出產(chǎn)生正周期。

模式2

在此模式下，晶閘管 S2 導(dǎo)通，S1 關(guān)斷。電流流動路徑為V/2-A-RL-B-S2-V/2。

流經(jīng)負(fù)載A到B方向的電流。負(fù)載兩端的電壓為負(fù)V/2。在此模式下，輸出產(chǎn)生負(fù)周期。

2、單相全橋逆變器的工作模式

在全橋逆變器中，使用了四個晶閘管和四個反饋二極管。將一個直流電源應(yīng)用于電路。

在半橋逆變器中，一次有一個開關(guān)導(dǎo)通。在全橋逆變器中，兩個開關(guān)同時導(dǎo)通。

模式1

在此模式期間，晶閘管 S1 和 S2 導(dǎo)通，晶閘管 S3 和 S4 關(guān)斷。電流流動路徑為V-S1-A-RL-B-S2-V。

流過負(fù)載的電流從A流向B，形成正半周。

模式2

晶閘管S3和S4導(dǎo)通，晶閘管S1和S2關(guān)斷。電流流動路徑為V-S3-B-RL-A-S4-V。

流過負(fù)載的電流從B流向A，形成輸出的負(fù)半周。

四、逆變器的結(jié)構(gòu)組成

逆變器主要由逆變橋、控制邏輯和濾波電路三大部分組成：

逆變橋：由多個開關(guān)元件（如IGBT）組成，負(fù)責(zé)將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。

控制邏輯：通過微處理器或數(shù)字信號處理器（DSP）實現(xiàn)逆變器的智能控制，包括PWM波形生成、保護(hù)邏輯處理等。

濾波電路：用于濾除交流電中的高頻諧波，提高輸出電能的質(zhì)量。

此外，逆變器還可能包含輸入濾波器、輸出隔離變壓器等輔助部件，以提高系統(tǒng)的整體性能和安全性。

五、逆變器的應(yīng)用領(lǐng)域

逆變器因其廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域而備受關(guān)注。以下是一些主要的應(yīng)用領(lǐng)域：

家電領(lǐng)域：逆變器在家電領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，如電視機(jī)、冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)等。逆變器能夠?qū)⒅绷麟娫崔D(zhuǎn)化為交流電源，為這些電器提供所需的電源，并在電力波動時保持電器的穩(wěn)定運行。

汽車領(lǐng)域：在汽車中，逆變器可以將汽車電池的直流電轉(zhuǎn)化為交流電，為電動車窗、空調(diào)、音響等設(shè)備提供電源。此外，逆變器還可以在汽車啟動時提供大電流，為發(fā)動機(jī)提供足夠的啟動電流。

通信領(lǐng)域：逆變器在通信領(lǐng)域的應(yīng)用也十分重要。它可以將直流電源轉(zhuǎn)化為交流電源，為電話、手機(jī)、傳真機(jī)等通信設(shè)備提供所需的電源，并在通信設(shè)備出現(xiàn)故障時提供備用電源，保證通信的可靠性。

工業(yè)領(lǐng)域：在工業(yè)領(lǐng)域，逆變器被廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、自動化生產(chǎn)線等機(jī)械設(shè)備中。逆變器能夠?qū)⒅绷麟娫崔D(zhuǎn)化為交流電源，為這些設(shè)備提供所需的電源，并提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

航空領(lǐng)域：在航空領(lǐng)域，逆變器同樣扮演著重要角色。它可以將飛機(jī)上的直流電源轉(zhuǎn)化為交流電源，為雷達(dá)、導(dǎo)航系統(tǒng)等航空設(shè)備提供所需的電源。逆變器的輕便性和穩(wěn)定性對于提高航空設(shè)備的使用效率和安全性至關(guān)重要。

六、三種逆變器電路圖

1、使用6個晶體管的簡單30瓦逆變器電路圖

在本教程中，我們將制作一個“使用 6 個晶體管的簡單 30 瓦逆變器電路”。

功率逆變器是一種將直流電 (DC) 轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?(AC) 的電力電子設(shè)備或電路。假設(shè)您是汽車、船或其他具有足夠可用空間的車輛的所有者，并且希望能夠在船上看電視、做飯、為筆記本電腦供電，或者想要在山上度過一段時光。您將需要一個電源逆變器。它們是將車輛電池的直流電 (DC) 轉(zhuǎn)換為交流電 (AC) 的設(shè)備。它增加直流電壓并將其變?yōu)榻涣麟妷海缓笥盟鼮槟脑O(shè)備供電。這是一個簡單的 30 瓦逆變器電路，它將 12V 電池的直流電壓轉(zhuǎn)換為 50Hz 的交流 220V-230V，與您家里使用的電力相同。

逆變器電路圖

在這個電路中，我們需要一個具有高功率、正負(fù)兩部分的波形。因此，我們應(yīng)該使用一個中心抽頭變壓器和兩個具有相同電氣特性的放大器組。

Q3和Q4是預(yù)驅(qū)動放大器，使用了許多NPN類型的數(shù)字。所以，我們選擇2SC1815。 Q5、Q6是高輸出驅(qū)動放大器晶體管。我們選擇了2SD313，因為它具有大于1A的大電流收集器并且價格便宜。您還可以使用 H1061 或 TIP41 以獲得更好的質(zhì)量（高電流和電壓）。 R5、R6是電阻，提供電流給Q3、Q5和Q4、Q6的基極偏置。

當(dāng)Q1導(dǎo)通電流時，結(jié)果對Q2不起作用。因此電流流過R4、R6為Q4提供偏置電流，Q6導(dǎo)通電流。結(jié)果是從電池到變壓器線圈的電流。但當(dāng) Q1 停止時，Q2 就會工作。于是電流流經(jīng)R1、R5，提供電流，觸發(fā)Q3、Q5導(dǎo)通電流。因此，來自電池的電流改為流經(jīng)另一個變壓器線圈。大功率時通過變壓器正負(fù)切換產(chǎn)生電感。變壓器以 50Hz 的頻率將電壓從 12V AC 增加到 220V AC。

D1和D2是二極管，保護(hù)變壓器工作免受噪聲影響。 D3是保護(hù)二極管。如果D3極性連接錯誤。負(fù)電壓將流經(jīng) D3。使電路安全。但 D3 可能短路并且 F1 保險絲熔斷。 F1是過流保護(hù)1A的保險絲，極性接錯，F(xiàn)1也會熔斷。當(dāng)220V 50Hz 電源完全接通時，LED1 通電顯示。 R7 的作用是減少 LED1 的電流。 D4 適當(dāng)設(shè)置 LED1 的極性。

2、使用CD4047的12V DC到220V AC逆變器電路圖

逆變器電路將直流（DC）電源轉(zhuǎn)換為交流（AC）電源。它使用晶體管、MOSFET或IGBT等開關(guān)器件和變壓器，快速接通和斷開直流電源，使變壓器線圈產(chǎn)生變化的磁通量，從而切割變壓器的另一側(cè)繞組，通過電磁感應(yīng)產(chǎn)生高壓交流電。這里的 12V DC 至 220V AC逆變器電路使用CD4047 CMOS 低功耗多諧振蕩器 IC，設(shè)計有少量易于使用的外部元件。它可以用作備用電源、充電電池應(yīng)急電源、或太陽能發(fā)電系統(tǒng)等。

您可以通過下圖了解典型的逆變器電路操作，正如您所看到的，逆變器電路中的變壓器應(yīng)具有較少的初級繞組和較多的次級繞組。

對于低功率應(yīng)用，普通降壓變壓器可以反向使用（次級作為輸入側(cè)，初級作為輸出側(cè)）。為了實現(xiàn)高效率，我們需要使用規(guī)格正確的專用逆變變壓器。

逆變器電路圖

該簡單逆變器電路旨在實現(xiàn) 200Vac 至 230Vac 輸出，以在斷電或緊急情況下驅(qū)動燈泡、燈管或風(fēng)扇等低瓦電器。

這里我們使用 230V AC 轉(zhuǎn) 12-0-12V AC 降壓變壓器（中心抽頭）并將其反向連接。功率晶體管 TIP31C NPN 用作開關(guān)器件，該 NPN 功率晶體管采用 TO-220 塑料封裝，可處理集電極到發(fā)射極 (VCE) 端子之間的 100V 電壓。具有集電極電流Ic=3A、基極電流IB =1A的能力。

該逆變器電路的下一個主要部分是開關(guān)頻率振蕩器。這里使用 CD4047 IC 在 Q 和 Q bar引腳中振蕩連續(xù)方波脈沖。取決于定時組件 RV1 和 C1，通過改變微調(diào)電位器 RV1，我們可以調(diào)整振蕩頻率，從而調(diào)整變壓器的輸出交流電壓。

逆變電路用于將低壓直流電源轉(zhuǎn)換為高壓交流電源輸出。通過使用該電路，我們可以在電源中斷或故障情況下驅(qū)動燈泡或風(fēng)扇等交流電器。為了實現(xiàn)這一點，我們需要有12V充電電池，以提供直流電源輸入。這款簡單的 IC 555 逆變器電路采用最少的組件設(shè)計，可降低設(shè)計成本和復(fù)雜性。

3、使用定時器IC555的逆變器電路圖

在這里，我們將利用變壓器次級繞組中的感應(yīng)磁通量在變壓器初級繞組中感應(yīng)出高電壓。我們知道，降壓變壓器的初級繞組數(shù)量較多，次級繞組數(shù)量較少。因此，我們將像次級繞組一樣反轉(zhuǎn)該變壓器作為輸入，在輸入（+12V）直流電源和開關(guān)脈沖的幫助下產(chǎn)生磁通量，然后將初級繞組作為輸出，在電磁感應(yīng)的幫助下感應(yīng)高電壓。

逆變器電路圖

這個簡單的逆變器電路涉及處理輸出端的高壓交流電源，因此請務(wù)必小心處理。

為了在線圈中產(chǎn)生變化的（交變）磁通量，我們需要以更高的頻率通過線圈接通和斷開電源。為此，我們使用功率晶體管 TIP31C 作為開關(guān)，使用定時器 IC 555 作為高頻脈沖振蕩器件。

這里，定時器 IC 555 配置為非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器模式，并根據(jù)定時電阻器 R1、RV1 和定時電容器 C1 產(chǎn)生高頻脈沖輸出。使用555 Astable Multivibrator Calculator進(jìn)行不同定時元件值的頻率輸出計算。該逆變器電路產(chǎn)生 RV1（可變電阻值）范圍為 20KΩ 至 10KΩ 的脈沖頻率（3 KHz 至 8 KHz）。

當(dāng)電源應(yīng)用于該電路時，在IC 555部分，電容器C1通過串聯(lián)組合電阻器R1和RV1向Vcc充電。一旦 C1 電容器兩端的電壓達(dá)到 2/3 Vcc，則上部比較器（閾值）將設(shè)置內(nèi)部觸發(fā)器 555，并將引腳 3 中的輸出設(shè)置為高電平。在此期間，電容器 C1 通過 RV1（放電引腳）放電。當(dāng) C1 電容器充電達(dá)到 1/3 Vcc 時，下部比較器將復(fù)位 555 的內(nèi)部觸發(fā)器，并將引腳 3 中的輸出設(shè)置為低電平。電容器 C1 再次開始充電，并且重復(fù)此循環(huán)以產(chǎn)生高電平、低電平定時脈沖。引腳 3 的脈沖輸出通過反向保護(hù)二極管 1N4007 連接到并聯(lián)晶體管 TIP31C 設(shè)置。這兩個 TIP31C 晶體管充當(dāng)具有高電流能力的開關(guān)，并使次級變壓器線圈相對于基本輸入脈沖頻率打開和關(guān)閉。

由于磁通量變化較大，初級線圈產(chǎn)生電磁感應(yīng)并產(chǎn)生 210 伏至 230 伏的高交流電壓，并且可以通過改變 VR1 值來改變。請記住，555 的輸出頻率應(yīng)在 3 KHz 至 8 KHz 之間，在連接交流負(fù)載之前，請務(wù)必使用數(shù)字萬用表檢查初級側(cè)的輸出電壓。該電路提供高壓交流輸出，因此請務(wù)必小心處理，以避免致命的電擊。