逆变器h桥

igbt组成的h桥功率单元和级联拓扑结构有什么不同？

IGBT组成的H桥功率单元和级联拓扑结构是两种不同的电路配置，它们在应用和性能上有一些区别。

1. H桥功率单元：

H桥功率单元是一种常见的功率电子器件配置，由四个IGBT组成的桥式电路构成。它通常用于电机驱动、逆变器和直流-交流转换等应用。H桥结构允许电流在不同方向上流动，通过控制不同IGBT的开关状态，可以实现正向和反向电流的控制，从而控制负载的电压和功率输出。

2. 级联拓扑结构：

级联拓扑结构是一种多级串联连接的电路配置，通常由多个单个H桥电路组成，并且这些H桥电路的输出通过串联连接。每个H桥电路都可以独立地控制输出电压和功率，通过级联连接，可以实现更高的电压或功率输出。级联拓扑结构常用于高功率应用，如电网逆变器和电力传输。

主要区别在于：

- H桥功率单元是由单个H桥电路组成，适用于单个电源和较低功率的应用。

- 级联拓扑结构由多个H桥电路串联连接，适用于较高功率和高电压的应用，可以实现更大的电压和功率输出。

单相全桥逆变器的操作

单相全桥逆变器用于将直流电转换为交流电。其操作原理基于四个电子开关成对工作，在一个半波中，只有S1和S2闭合，而在另一个半波中，S3和S4闭合。逆变器的输出是可变频率的交流电压，取决于驱动设备的波形频率。当四个斩波电路组成单相全桥电压发生器逆变器，由四个晶体管或MOSFET（Q1、Q2、Q3和Q4）驱动时，其操作会根据顺序以及电子开关的打开和关闭方式而有所不同。电路的“a”部分中的电子开关与“b”部分中的电子开关互补控制。这种设备被称为“H桥”，使用相同电源电压的两个单相、两电平逆变器的组合。负载（存在于节点“a”和“b”之间）承受的电压会根据开关元件的不同状态而变化。

在单相桥式逆变器中，电流路径取决于电子开关的逻辑状态。电流并不理想，但它受到电子开关电阻值的影响。电流路径由图3显示。输出电压的理论有效值可使用以下等式确定。方波控制允许以这样的方式驱动桥式开关，即每个负载端子在半个周期内连接到直流电源的正极端子，在半个周期内连接到负极端子。桥的两个分支被交叉驱动。在二极管D1和D2导通时，循环电流作为正反馈返回到电压发生器。在纯电阻负载的情况下，瞬时功率值等于瞬时电压乘以瞬时电流的乘积。如果负载是电感性的，则其电流和电压是正弦曲线。任何谐波都会返回电压发生器，应该通过与电压发生器并联一个大电容来消除或减少谐波。为避免相反的开关同时导通，在两个电源命令之间实现了一个小的死区时间。

单相桥式逆变器在操作时，使用单一电源电压。对于过时的SCR，典型的工作频率为50 Hz或300 Hz，这些值都在可听音频频谱范围内，因此旧设备会产生令人不快的哨声和声学音符。使用新的电子元件，可以增加这个频率。如果假设有强电感负载，则电流呈现对称的三角形模式。使用特殊滤波器可以大大减少这些谐波。结论是，基于SiC和GaN的电子设备可以提高电子设备的效率，因为它们具有更优异的电性能，例如更高的耐温性和更低的内阻。这意味着它们可以更快地运行并且能量损失更少，从而提高整体效率。它们非常适合用于住宅和工业应用，因为它们可以处理可变的直流输入电压并产生非常稳定的交流输出电压。此外，它们可以处理非线性负载，例如电感负载、电容负载和混合负载。

全桥（H桥）驱动电路的控制方法

全桥电路，也称为H桥电路，是通过控制四个MOS管的导通和关断，实现负载获得正向电流和负向电流，进而实现多种功能。H桥电路的定义在这里就不赘述，关键在于四个MOS管的导通与关断状态对应负载电流的方向。

分析四个MOS管的不同导通/关断情况下的负载电流方向，我们发现同一侧的MOS管不能同时导通，避免短路。只有对角的MOS管导通和底下两个MOS管导通才是有效状态。一般情况下，Q1和Q3不会同时导通，因此不进行分析。

为了实现负载通过正向电流，让Q1和Q4导通，Q2和Q3关断。若想让负载通过反向电流，只需将Q2和Q3导通，Q1和Q4关断。当四个MOS管全部关断时，负载无电流通过。考虑到某些负载，如直流电机，是感性负载，建议让Q2和Q4导通，Q1和Q3关断，负载两端接地。

控制MOS管的通断，需要借助MOS管驱动芯片。本文以HIP4081A为例进行说明。芯片的BHO、BLO、AHO和ALO分别与四个MOS管的门极相连。这四个引脚的输出受BHI、BLI、AHI和ALI控制，它们之间的关系可以从芯片的数据手册中的真值表中找到。根据真值表，我们可以通过ALI和BLI的输入来控制负载电流的方向。

在理解了MOS管的通断与负载电流方向的关系后，我们可以归纳出一个表格，列出不同输入下MOS管的状态。关于MOS管导通所需的电压，通常会在芯片的原理图中看到一个电容，即自举电容。该电容用于为MOS管的门极提供大于电源电压的电压，以维持导通状态。

全桥电路的应用广泛，例如在小车电机的正反转控制与调速中，通过改变ALI和BLI的高低电平可以控制电机的正反转。如果ALI或BLI是一个PWM波，调整PWM波的占空比可以实现电机转速的控制。对于负载为变压器初级线圈的场景，通过输出SPWM波，可以将直流电源转换为交流输出，实现逆变器功能。

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