单相逆变器桥

单相全桥逆变电路动作过程讲解~

电压源逆变器是将直流电能转换为交流电能的装置，是逆变技术中的一种常见类型。它将直流电转换为交流电，与转换器的工作原理相似。

逆变器与转换器都采用了脉宽调制技术，逆变器将直流电压转换为高频高压交流电，而转换器则将电网的交流电压转换为稳定的直流电压输出。

单相逆变器有推免式、半桥式和全桥式三种电路拓扑结构，它们的工作原理相似，都使用具有开关特性的半导体功率器件，通过控制电路发出开关脉冲控制信号，控制多个功率器件轮流导通和关断，然后通过变压器耦合升压或降压后，整型滤波输出符合要求的交流电。

全桥逆变电路是单相逆变电路中应用最广泛的一种，由两个半桥电路组成。全桥逆变器的工作过程包括：开关T1、T4闭合，电流途径为T1→L→R→T4，负载电压为正；开关T2、T3闭合，负载电压为负。电流变化与电压变化同步，最终反映在电阻上的电压波形就是跟随阻感负载的电流变化的。

全桥逆变器在光伏发电、户外储能等领域有广泛的应用。例如，太阳能发电站需要逆变器将直流电源转换为交流电网供电，户外储能市场快速增长，便携储能产品产量占全球比例达到了91.9%。

逆变电路的应用非常广泛，包括蓄电池、干电池、太阳能电池等直流电源向交流负载供电，交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源等电力电子装置等。了解全桥逆变电路的动作过程，有助于满足工业生产建设中的各种需求。

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。

1.1 单相全桥逆变器基础仿真之双极性调制与单极性调制的差异

单相全桥逆变器PWM调制技术主要分为单极性调制与双极性调制，其核心差异在于调制脉冲的极性。单极性调制中，调制信号ur为正弦波，载波uc在ur的正半周为正极性的三角波，在ur的负半周为负极性的三角波。在ur的正半周，V1保持通态，V2保持断态；在ur的负半周，V1保持断态，V2保持通态。输出uo的电平取决于ur与uc的关系。双极性调制中，在ur的半个周期内，三角波载波有正有负，产生的PWM波电平为±Ud，在ur的一个周期内，输出的PWM波只有两种电平。单极性调制的原理相对复杂，需要通过比较调制波与0的值来决定各开关器件的通断状态，而双极性调制则更为直观，只需要将调制波与载波比较即可产生PWM信号。在仿真搭建上，双极性调制模块的内部结构和参数设置相对简单，而单极性调制则需通过额外的逻辑处理来解决载波正负循环问题。仿真结果显示，在闭环控制条件下，单极性调制下的输出电流谐波含量更低，其性能远超双极性调制方式，同样开关频率下，输出电流的谐波含量显著减少。

干货单相半桥逆变电路讲解，工作原理：4种工作状态，秒懂

大家好，我是李工，创作不易，希望大家多多支持我。今天给大家分享的是：单相半桥逆变器。

在上一篇文章中，我已经给大家介绍了单相全桥逆变器，感兴趣的朋友可以点击下方链接查看：

干货单相全桥逆变电路讲解，工作原理+波形图+优点，一看就懂

一、单相半桥逆变器

单相半桥逆变器的结构相对简单，由2个晶闸管T1和T2以及2个反馈二极管D1、D2组成的半桥逆变电路。每个二极管和晶闸管都和三线直流电源反并联，电源端提供平衡直流电压。

下面是半桥逆变器的基本配置，负载为RL负载。

在单相逆变器中，我们可以使用其他功率半导体开关器件，如IGBT、功率MOS关等，不一定非要使用晶闸管。

这里假设，每个晶闸管在其栅极信号存在期间导通，并在该信号移除时换向。晶闸管T1和晶闸管T2的门控信号分别为ig1和ig2。

负载RL连接在A点和B点之间。A点始终被视为相对于B点的+ve。如果电流沿着该方向流动，假设电流为+ve，类似地，如果电流从B流向A，则电流被视为－ve。

由于感性负载，输出电压波形与R负载相似，然而，输出电流波形与输出电压波形并不相似。

在RL负载输出的情况下，电流I0是时间的指数函数，输出电流滞后输出电压一个角度pin。

Φ = tan -1 (ωL/R)

二、单相负载半桥逆变器的工作原理（RL）

半桥逆变器的工作原理分为4种工作模式：

1、模式Ⅰ：T1开启

在这个期间，向晶闸管T1提供栅极脉冲，因此T1在时刻t1导通，电流从电源电压的上半部分流动。

电流沿着路径：Vs/2（上电源）-T1-负载-Vs/2。

在这个模式下，电感存储能量，并且输出电流作为时间的函数从0到其最大值（Imax）和电感两端的感应电压+V L以指数方式增加。

这次的输出电压也为正，因为A点相对于B点为正（+ve）。

应用KVL，Vs/2 – V0=0

输出电压的大小Vo = Vs/2。

在时刻T/2，输出电流达到最大值，由于电压和电流的极性相同，晶闸管T1在此时关断。

2、模式II (T/2 < t < t2)

在T/2时刻，电感耗散能量之后，当电感耗散能量时，会改变其极性。而我们知道，电感的特性，电感是不允许电流突然变化的。因此，电感通过D2二极管缓慢释放能量。

此时D2二极管导通，电流沿着路径：负载-电源下半部分（Vs/2）-D2-负载。

此时电感释放的能量反馈带下半部分电源。

在此模式下，输出电流为正，但由于感性负载消耗的能量，输出电流主见从Imax减小到0，输出电压为负（-Vs/2），因为B点相对于A为正。

3、模式III (t2 < t < T)

在时刻t2，晶闸管T2导通，电流在电路的下部分流动并遵循路径：Vs/2（下电源）- 负载 - T2 - Vs/2。

因此，电流方向是反向的，因为B点相对于A为正，并且电感以相反方向存储能量，从(-Imax) 到零。

此时，负载两端的输出电压为负（-Vs/2）。

4、模式IV（0 < t < t1）

在时刻T，输出电压和输出电流具有相同的极性。因此，T2 由于感性负载而关断，D1 导通。

电流的路径为：负载 - D1 - Vs/2（上半部分）- 负载。

这里能量通过电感释放回到电源电压Vs/2的上部，该时间点A相对于点B为正。

因此输出电压为正Vs/2，输出电压为正Vs/2，输出电流从负最大值 (-Imax) 呈指数下降到零。

以上就是关于单相半桥逆变器RL负载的知识。

湖北仙童科技有限公司 高端电力电源全面方案供应商 江生 13997866467