電源逆變器工作原理

1、實用標準文檔電源逆變器工作原理直流至直流切換式轉(zhuǎn)換器典型直流至直流轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的構(gòu)造如圖然后再利用切換式直流至直流轉(zhuǎn)換示，其輸入通常為由線電壓整流而得到非調(diào)節(jié)直流電壓,器將此變動的直流電壓轉(zhuǎn)換成一調(diào)節(jié)的直流電壓。圖1直流至直流切換式轉(zhuǎn)換器典型直流文案大全轉(zhuǎn)換器。2 .升壓式(step-upboost)至直流轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的構(gòu)造1 .降壓式(SteP-downbuck) 轉(zhuǎn)換器。3 .升降壓式(SteP-down/step-u電源逆變器工作原理直流至直流切換式轉(zhuǎn)換器典型直流至直流轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的構(gòu)造如圖1所示，其輸入通常為由線電壓整流而得到非調(diào)節(jié)直流電壓，然后再利用切換式直流至直流轉(zhuǎn)換器將此變動的直流電壓

2、轉(zhuǎn)換成一調(diào)節(jié)的直流電壓。蓄電池交m壓無控制之二極 管橋式整流器直流電壓曉波.直臨電壓直浣至直直流電壓(甲相或三相)(無調(diào)節(jié)性)電容優(yōu)詢節(jié)性)詭轉(zhuǎn)換器(具瀾節(jié)性)控制訊號DfD4 I#De MUl DA黴姆這光電圖1直流至直流切換式轉(zhuǎn)換器典型直流至直流轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的構(gòu)造1 .降壓式(SteP-downbuck)轉(zhuǎn)換器。2 .升壓式(step-upboost)轉(zhuǎn)換器。3 .升降壓式(SteP-down/step-upbuck-boost)轉(zhuǎn)換器。4 .全橋式轉(zhuǎn)換器。升降壓式轉(zhuǎn)換器是此上述四種轉(zhuǎn)換器中，只有降壓式及升壓式是最基本的轉(zhuǎn)換器電路結(jié)構(gòu),基本轉(zhuǎn)換器的結(jié)合，而全橋式轉(zhuǎn)換器則是由降壓式轉(zhuǎn)換器衍生而

3、來。直流至直流轉(zhuǎn)換器的控制直流至直流轉(zhuǎn)換器的作用即是在輸入電壓與輸出負載變動的情況下能夠調(diào)節(jié)輸出電壓為所設定的位準。電壓位準轉(zhuǎn)換之原理可以圖2(a)所示之簡單電路來說明，由開關(guān)導通與截止可得圖2(b)之波形，其中輸出電壓 Vo平均值大小Vo與開關(guān)之導通及截止時間(ton及toff)有關(guān)。平均輸出電壓大小調(diào)整之最典型的方式是采用脈波寬度調(diào)變法(PUlSe-WidthModUlation , PWM),其切換周期 Ts(=tOn+toff)為固定，由調(diào)整導通時間之大小來改變平均輸出電壓之大小Vo。脈波寬度調(diào)變切換控制的方塊圖如圖3(a)所示，開關(guān)之切換控制信號由控制訊號VControl與周期為TS

4、之鋸齒波VSt比較而得，控制信號則由Vo之實際值與設定值之誤差 放大而得。VControl與VSt比較所得之切換控制信號的波形如圖3(b)所示。當控制訊號VSt較大時，則為高準位信號，即使開關(guān)導通，反之為低準位信號即使開關(guān)截止，故開關(guān)之切換 周期亦為Ts，由以上的原理可知，開關(guān)切換之責任周期(DutyRatio)為D=tonTS=VControl/Vst,其中VSt為鋸齒波的振幅。()*l比較腿Vrr卡切換控制信號VJf二藕齒彼電壓! >t切換控 _3! On ! I_TrTnLrOffOffIJ G 十 I L I(切換頻車)降壓式直流至直流轉(zhuǎn)換器降壓式轉(zhuǎn)換器，顧名思義，其作用為將較高

5、準位的輸入電壓換成較低準位的輸出電壓，主要用途為直流電源供應器及直流電機速度控制。圖2(a)所示為提供純電阻性負載之降壓式轉(zhuǎn)換器，由圖2(b)可知其輸出電壓波形由開關(guān)位置決定。平均輸出圖4升壓式直流至直流轉(zhuǎn)換器圖5為升壓式轉(zhuǎn)換器電路，主要用途為直流電源供應器與直流電動機之再生制動(Rege nerativeBreaki ng)。顧名思義，其輸出電壓高過于其輸入電壓。當開關(guān)導通時，二極管反向偏壓，輸入電能儲存于電感，負載電能則由電容提供。當開圖6所示為電感電流為連續(xù)之穩(wěn)態(tài)工作波形，由穩(wěn)態(tài)下電感電壓一周期之平均值為零可得Vdton + ( Vd - V)toff =0等號兩側(cè)除以TS ,重新整理可

6、得V_ 1% 滋 I-D假設電路無損失，輸入功率 Pd=VdId等于輸出功率Po=Volo卜(1 D)圖6升降壓式直流至直流轉(zhuǎn)換器升降壓式轉(zhuǎn)換器的主要用途為輸入與輸出的極性相反，輸出電壓可以高于或低于輸入電壓的直流電源供應器。升降壓式轉(zhuǎn)換器可以由降壓式轉(zhuǎn)換器與升壓式轉(zhuǎn)換式串接而成，穩(wěn)態(tài)下輸入與輸出電壓轉(zhuǎn)換器之比值為二轉(zhuǎn)換器個別比值之乘積Vo D叮1-D因此變化責任周期 D可使輸出電壓高于或低于輸入電壓。直流至交流切換式逆變器切換式直流至交流（DC/AC）逆變器（InVeter）乃用以將直流電源轉(zhuǎn)換成振幅與頻率均可調(diào)之正弦式交流電源，主要用途為交流電機驅(qū)動與交流不斷電電源供應器。圖7為典型的交流

7、馬達驅(qū)動的逆變器方塊圖，其直流輸入電壓通常由線電壓整流及濾波而得，接著再利用切換式逆變器改變輸出電壓之振幅與頻率，以驅(qū)動交流電機。切換式逆變器功率之流通通常是由直流至交流，稱為反流模式，但亦可以從交流至直流，稱為整流模式。三相交w圖 7 交流電機驅(qū)動的逆變器方塊圖二極管整流器濾波電容切換式逆變器逆變器包括單相及三相，其輸入為直流電壓源者，稱為電壓源逆變器 (VoltageSourceInverter ，VSI) 。另外若輸入為直流電流源者，稱為電流逆變器 (CurrentSourceInverter，CSI) ，目前僅應用在高功率之交流電機驅(qū)動器。1 脈波寬度調(diào)變 (PWM) 逆變器：其輸入電

8、壓通常為固定，逆變器本身具備變頻及變壓的功 能，而變頻及變壓乃利用開關(guān)的脈波寬度調(diào)變切換控制達成，有許多類型的脈波寬度變技術(shù)可以使輸出電壓近似弦波。2 方波 (Square-Wave) 逆變器：此逆變器輸出電壓振幅乃由其輸入電壓調(diào)整，逆變器本身 只控制輸出頻率，交流輸出電壓波形近似方波，因此乃稱方波逆變器。3 采用電壓消去法 (VoltageCancellation) 的單相逆變器： 單相逆變器當輸入電壓為定值時， 可以利用電壓消去法來變頻及變壓，而不須采用脈波寬度調(diào)變，其輸出電壓波形近似方波， 因此其結(jié)合了前述兩種逆變器的特色。值得注意的是，電壓消去法并不適用于三相逆變器。切換式逆變器的基本

9、觀念考慮圖 8(a) 之單相逆變器，假設其正弦輸出電壓 vo 是經(jīng)過濾波所得，若輸出之負載為電感性(如電機)，則輸出電流io將落后Vo ,如圖8(b)所示。在期間1及3中，Vo與io同號,瞬時功率 Po=Voio 為正，故功率由直流側(cè)送至交流側(cè)稱之為反流模式；在期間 2 及 4 中，Vo 與 io 異號，瞬時功率 Po 為負，故功率由交流側(cè)送至直流側(cè)稱之為整流模式。圖 8(a)之切換式逆變器，在每一周期，會經(jīng)歷平面上四個象限中之所有象限。切雙與器器 相式器光波 單i流激濾2整流躍112. 034整流群圖8為清楚解釋起見，以單臂逆變器來說明。圖9逆變器電路之脈波寬度調(diào)變切換技術(shù)如圖9(a)所示，

10、由一正弦波形控制訊號Vcontrol與三角波形Vtri作比較。三角波(又稱載波)之振幅為Vtri ,頻率為fs，fs決定逆變器開關(guān)之切換頻率，正弦波控制電壓VControl （又稱調(diào)制訊號）之基頻fl決定逆變器之輸出頻率，而其振幅則決定逆變器輸出電壓之大小。定義振幅調(diào)變指數(shù)為ma= Vcontrol/Vtri ,其中Vcontrol為VCOntrol之振幅，而頻率調(diào)變指數(shù)則定義為mf=fjf。圖8逆變器之開關(guān)的控制方法與io方向無關(guān)，為圖10由于二開關(guān)之導通為互補，因此輸出電壓只在Vd/2與-Vd/2二值間作變動，圖11(b)所示為ma=0.8與mf=15時輸出電壓 VAo及其基本波(以虛線表示)的波形。圖11單相全橋式逆變器單相全橋式逆變器如圖 12所示，乃由兩個前述之半橋逆變器所組成，在相同之輸入電壓下，全橋式逆變器之最大輸出電壓為半橋式之兩倍，這代表在相同之功率下， 全橋式逆變器之輸出及開關(guān)電流僅為半橋式之一半， 此對于高功率用途是一大優(yōu)點， 因其可以降低使用 并聯(lián)組件的需求。圖12雙極性電壓切換之脈波寬度調(diào)變圖14圖14應用雙極性電壓切換之脈波寬度調(diào)變?nèi)珮蚴侥孀兤髂?Ta+,T B-)與(Ta-,Tb+)成對切換,且二者互相反相應用單極性電壓