逆变器电源的电路图解



逆变器电源的电路解

逆变器是UPS的主要组成部分。由于整流器已将交流输入电压变成直流电压，而负载所需的是交流电压，就必须有一种电路再将该直流电压变回交流，执行这个任务的装置就叫逆变器。逆变器电路的种类很多，在UPS中常见的有推挽变换器、半桥逆变器、全桥逆变器、双向变换器等。

1. 直流变换器

直流变换器是一种最简单最基本的逆变器电路，主要应用于后备式UPS中，它分为自激式和它激式两种。

1. 自激式推挽变换器

自激式推挽变换器图1 自激式直流推挽变换器 图1(a)所示是自激式直流推挽变换器电路，所谓自激就是不用外来的触发信号，UPS就可以利用自激振荡的方式输出交流电压，其交流电压的波形为方波，如图1(b)所示的波形UN。UN是当电源电压E为额定值时的输出情况（其中丛御阴影部分除外）。自激直流变换器电路主要用于对电压稳定度要求不高但不能断电的地方，如电冰箱、紧要照明用的白炽灯、高压钠灯和金属卤素灯等，供电条件差的农村居民也有不少采用了这种电路作不间断电源。由于它的电路简单、价格便宜、可靠性高，故也很受欢迎。

该电路的工作原理如下：在时间t=t0加直流电压E，这时由于晶体管V1和V2的基极电压 Ub1=Ub2=0，二者不具备开启条件，但在它们的集电极和发射极之间却都有漏电流，如图中的I1和I2所示，且二电流在变压器绕组中的流动方向相反，由于器件的分散性，使得 I1-I2=ΔI≠0，这个差值电流ΔI就在绕组中产生一个磁通量，于是就在基极绕组中感应出电压Ub1和Ub2，由同名端的标志可以看出，这两个电压的极性是相反的，即一个Ub给晶体管基极加正电压，使其开通，另一个Ub给另一个晶体管基极加负压，使其进一步截止。电路的设计正好是漏电流大的那一个晶体管基极所感应出的Ub给自己基极加正压，而漏电流小的那一个晶体管基极所加的是负压，基极加正压管子的集电极电流进一步增加，又进一步使它的基极电压增大，这样一个雪崩式的过程很快使该管（设为V1）电流达到饱和值，即V1集电极-发射极之间的压降UCE1=0，绕组N1和N2上的电压也达到了最大值UN1=UN2=E，此后由于磁芯进入饱和阶段，磁芯中磁通的变化量减小，各绕组感应的电压也相应减小，原来导通的管子由于集电极电流增大（磁芯饱和所致）和基极电流减小而脱离饱和区，使绕组感应的电压进一步减小，这样一个反变化过程使得V1雪崩式地截止而V2达到饱和，如图1(b)t1所示。而后就再重复上面的过程，于是就形成了如图1(b)所示的方波波形。有时为了使启动更快和更可靠，就加一个RC启动触发环节。

该电路方案的不足之处就在于它的不稳压。它的输出电压随着电源电压E的高低起伏，如图1(b)UH阴影部分所示的情形，如果电源电压E一直这样高，其输出电压也就一直高。若电源电压E降到UL这样低的水平，如图1(b)UL阴影部伍郑枣分所示，则输出电压也跟着低下去。因此，这种电路方案在以后的后备式UPS中就不被采用了。

2. 它激式推挽变换器

由于自激式推挽变换器不能满足输出电压稳定的要求，它激式推挽变换器就得到了广泛地应用。所谓“它激”就是电路的振荡工作是由外加控制信号的激发而实现的。图2(a)所示的就是它激式推挽直流变换器电路原理图。由图中可以看出，前面自激式推挽变换器的基极反馈绕组被取消了，代替它的功能的环节是电源控制组件IC，在早期用的是TDA1060，后来多采用LM3842或LM3845等。采用电源控制组件IC发出方波控制脉冲使UPS工作，在变压器输出端有一个与输出电压成正比的反馈信号回送给IC，使其根据输入端电压的变化和输出负载的变化来调整控制脉冲的宽度，以保证输出电压稳定在设计范围内。

下面就介绍一下该电路的工作原理。

当接通电源控制脉冲时，电源控制组件IC开始工作并发出方波控制脉冲，使推挽变换器的两个功率管按照脉冲的同样宽度输出方波电压，设在E为额定值时，UPS的输出电压也为额定值，如图2(b)输出波形图中粗线所示的波形UN，设此时的输出脉冲宽度为δ2，如果由于某种原因使电源电压升至UH，这时的测量与控制电路就会自动将控制信号的脉冲宽度由δ2减小至δ1，如图2(b)UH阴影所示，以保证输出脉冲电压的面积不变，即

(3)

时，输出电压不变。同样，当由于某种原因使电源电压降低到UL时，这时的测量与控制电路就会自动将控制信号的脉冲宽度由δ2增大到δ3，如图1(b)UL阴影所示，以保证输出脉冲电压的面积不变，即

（4）

由此就得出了维持输出电压稳定的条件为：

（5）

当输出端负载变化时，由于输出线路和UPS内阻的共同作用也必然导致输出电压的变动，这种瞬间地变动通电压过反馈电路送入电源控制组件IC的相应输入端，经比较和转换后，去改变控制脉冲的宽度，以保证输出电压的稳定。

由这种它激式推挽变换器输出的具有稳压功能的脉冲电压波形称为准方波，以区别于不具稳压功能的自激式直流变换器输出的波形。有的将准方波叫成阶梯波，这是一种误会，所谓阶梯，如图3所示（该图是将上图一种电源电压UN或UH或UL的情况单画出来的波形）。而实际上并非如此，因为输出电压分正半波和负半波，并且每个半波仅有一个台阶，不在阶梯定义范畴之内。是否可以当阶梯来看呢？不可以。因为若把该半波当成阶梯波来看，就必须将基线移到最上端或最下端，不论移到哪一端，电压都变成了单极性的值：正半波或负半波。这和正负半波交替的事实完全不符，因此阶梯波之说是一种误会。

2. 桥式逆变器

桥式逆变器名称的来源是它的电路结构形式很像“惠斯登”电桥。由于对输出电压要求稳定的原因，故桥式逆变器的触发方式几乎都是它激。在线式UPS多采用桥式逆变器，因为它有着比推挽变换器更大的优点。比如推挽变换器功率管上的电压为电源电压的2倍，更加上状态转换时的上冲尖峰，要求该器件的耐压就更高，这样以来不但增加了器件的成本，而且也由于功率管工作电压的提高，降低了它的输出能力，因此用在后备式UPS上居多。桥式逆变器就克服了这些缺点，并且根据要求的不同，电路又分成半桥逆变器和全桥逆变器，下面将分别进行讨论。

1. 半桥逆变器

所谓半桥逆变器实际上电路的结构形式也是桥式的，所差的是两个桥臂上的器件不同。图4所示的是半桥逆变器结构及电原理图，图4(a)是它的电原理图，图4(b)是它的输出波形图。由图中可见，电桥的左边由电容器构成，右边由功率管构成，输出端就设在两电容器连接点和两功率管连接点之间。下面就讨论一下它的简单工作原理。

(a)电原理图

(b)输出波形图4 半桥逆变器结构及电原理图

假设电路已处于工作的准备状态，即电容C1和C2已充满电。在时间t=0功率管V1被打开，电流I1由电容器C1的正极出发，如空心箭头所示，流经功率管V1、变压器Tr初级绕组N1的BA、回到C1的负极，一直到t=t1，形成正半波，如图4(b)所示。在t=t1时，V1由于正触发信号的消失而截止，此时正触发信号加到了V2的控制极，使其开通，电流I2由电容器C2的正极出发流经变压器Tr初级绕组N1的AB，如图中的实心箭头所示，可以看出这时的电流方向是相反的，电流I2通过变压器后流经功率管

光伏逆变器的电路结构、原理及故障处理！

光伏逆变器的电路结构、原理及故障处理一、光伏逆变器的电路结构

光伏逆变器的电路结构主要由以下几部分组成：

输入电路：为主逆变电路提供可确保其正常工作的直流工作电压。主逆变电路：是逆变装置的核心，通过电力电子开关的导通与关断，完成逆变的功能。主逆变电路分为隔离式和非隔离式两种。输出电路：对主逆变电路输出的交流电波形、频率、电压、电流的幅值和相位等进行修正、补偿和调理，以确保输出电能的稳定性和质量。控制电路：为主逆变电路提供一系列的控制脉冲，以控制逆变开关器件的导通与关断，从而配合主逆变电路完成逆变功能。辅助电路：将输入电压变换成适合控制电路工作的直流电压，并包含各自的检测电路，用于监测和反馈系统状态。保护电路：主要包括输入过欠压保护、输出过欠压保护、过流保护、短路保护、孤岛保护等，以确保逆变器在异常情况下能够安全停机，保护设备和人身安全。二、光伏逆变器的工作原理

光伏逆变器的工作原理是将直流电（DC）转换为交流电（AC）。这一过程主要通过半导体功率开关器件（如IGBT、MOSFET等）在控制电路的作用下以高速开关（通常为1/100s的速度）来实现。当开关器件导通时，直流电源向负载供电；当开关器件关断时，直流电源被切断。通过控制开关器件的导通与关断时间，可以产生所需的交流电波形。

以三相并网型逆变器为例，其电路原理通常涉及DC-DC-AC的变换过程。首先，直流电经过DC-DC变换器升压到合适的电压等级；然后，经过主逆变电路转换为交流电；最后，通过滤波器和输出电路对交流电进行修正和调理，以满足并网要求。同时，微处理器电路负责实时监测电压、相位等参数，并进行电流相位反馈控制和光伏方阵最大功率跟踪等操作，以确保逆变器输出的交流电能够稳定、可靠地并网。

三、光伏逆变器的故障处理

光伏逆变器在运行过程中可能会遇到各种故障，以下是一些常见故障及其处理方法：

绝缘阻抗低：

使用排除法，将逆变器输入侧的组串全部拔下，然后逐一接上，利用逆变器开机检测绝缘阻抗的功能，检测问题组串。

找到问题组串后，重点检查直流接头是否有水浸短接支架或烧熔短接支架，以及组件本身是否在边缘地方有黑斑烧毁导致组件通过边框漏电到地网。

母线电压低：

如果出现在早/晚时段，则为正常现象，因为逆变器在尝试极限发电条件。

如果出现在正常白天，则使用排除法进行检测，方法与处理绝缘阻抗低类似。

漏电流故障：

根本原因是安装质量问题，如选择错误的安装地点、使用低质量的设备等。

故障点可能包括低质量的直流接头、组件、并网设备等。

可以通过洒粉找出点并做好绝缘工作解决问题；如果是材料本身问题，则只能更换材料。

直流过压保护：

随着组件功率等级和开路电压的上升，设计阶段必须考虑温度系数问题，避免低温情况出现过压导致设备硬损坏。

可以调整逆变器的过压保护阈值或优化组件的选型来解决问题。

逆变器开机无响应：

确保直流输入线路没有接反，特别是压线端子没有防呆效果时，需要仔细阅读逆变器说明书并确保正负极后再压接。

逆变器内置反接短路保护，在恢复正常接线后应能正常启动。

电网故障：

包括电网过压、欠压、过/欠频、无电压、缺相等问题。

解决方法包括找供电局协调电压、正确选择并网并严抓电站建设质量、检查并网线路和缺相电路等。

展示

以上内容涵盖了光伏逆变器的电路结构、工作原理以及常见故障处理方法，希望对解决您的问题有所帮助。

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