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單相全橋逆變器的操作

發(fā)布時(shí)間:2023-02-21 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】如前所述,單相全橋逆變器用于將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。在該電路中,電子開(kāi)關(guān)成對(duì)工作,在一個(gè)半波中,只有S1和S2閉合,而在另一個(gè)半波中,S3和S4閉合。逆變器的輸出是可變頻率的交流電壓,取決于驅(qū)動(dòng)設(shè)備的波形頻率。圖 1 顯示了該逆變器的一般操作圖。實(shí)際上,電路的“a”部分中的電子開(kāi)關(guān)與“b”部分中的電子開(kāi)關(guān)互補(bǔ)控制。在這種情況下,開(kāi)關(guān)是理想的設(shè)備。


如前所述,單相全橋逆變器用于將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。在該電路中,電子開(kāi)關(guān)成對(duì)工作,在一個(gè)半波中,只有S1和S2閉合,而在另一個(gè)半波中,S3和S4閉合。逆變器的輸出是可變頻率的交流電壓,取決于驅(qū)動(dòng)設(shè)備的波形頻率。圖 1 顯示了該逆變器的一般操作圖。實(shí)際上,電路的“a”部分中的電子開(kāi)關(guān)與“b”部分中的電子開(kāi)關(guān)互補(bǔ)控制。在這種情況下,開(kāi)關(guān)是理想的設(shè)備。這兩個(gè)信號(hào)使用相等且相反的參考電壓進(jìn)行調(diào)制。通常,相同的電載波用于兩個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。


單相全橋逆變器的操作
圖1:?jiǎn)蜗嗳珮蚰孀兤髟韴D


單相全橋電壓發(fā)生器逆變器由四個(gè)斬波電路組成,如圖 2 所示。其中有四個(gè)晶體管或 MOSFET(Q1、Q2、Q3 和 Q4)。它們可以單獨(dú)和獨(dú)立地驅(qū)動(dòng),因此終的操作會(huì)根據(jù)順序以及電子開(kāi)關(guān)的打開(kāi)和關(guān)閉方式而有所不同。由于其電子元件形成的奇特圖形形狀,該設(shè)備也被稱(chēng)為“H 橋”。終結(jié)果是使用相同電源電壓的兩個(gè)單相、兩電平逆變器的組合。我們將在下面檢查不同的激活序列:

如果開(kāi)關(guān)元件 Q1 和 Q2 都閉合,則負(fù)載(存在于節(jié)點(diǎn)“a”和“b”之間)承受等于 Vs 的電壓,并且恰好在節(jié)點(diǎn)“a”處存在大約 Vs 的電壓值并且在節(jié)點(diǎn)“b”有一個(gè)大約GND的電壓值

如果開(kāi)關(guān)元件 Q3 和 Q4 都閉合,則負(fù)載(存在于節(jié)點(diǎn)“a”和“b”之間)承受等于 Vs 的電壓,但這次極性相反,恰好在節(jié)點(diǎn)“a”處有一個(gè)大約 GND 的電壓值,而在節(jié)點(diǎn)“b”處有大約 Vs 的電壓值。


單相全橋逆變器的操作
圖2:?jiǎn)蜗鄻蚴絍SI逆變器原理圖


流過(guò)負(fù)載的電流并不理想,但它受到電子開(kāi)關(guān)電阻值的影響,正如我們所知,這也不是真實(shí)的。相反,流過(guò)按順序連接的兩個(gè)晶體管的電流,出于所有意圖和目的,必須穿過(guò)兩條電阻線(xiàn),其值非常低但仍然很重要。圖 3 顯示了根據(jù)電子開(kāi)關(guān)的不同邏輯狀態(tài)的電流路徑。


單相全橋逆變器的操作
圖 3:在單相橋式逆變器中,電流路徑取決于電子開(kāi)關(guān)的邏輯狀態(tài)


輸出電壓的理論有效值可使用以下等式確定:


單相全橋逆變器的操作


方波控制允許以這樣的方式驅(qū)動(dòng)橋式開(kāi)關(guān),即每個(gè)負(fù)載端子在半個(gè)周期內(nèi)連接到直流電源的正極端子,在半個(gè)周期內(nèi)連接到負(fù)極端子。以這種方式,橋的兩個(gè)分支被交叉驅(qū)動(dòng)。我們現(xiàn)在將檢查四個(gè)電子開(kāi)關(guān)(晶體管或 MOSFET)的四種開(kāi)關(guān)操作狀態(tài)。下表給出了在各種操作模式下節(jié)點(diǎn)“a”和“b”上存在的不同電壓。下表證明了單相橋式逆變器的操作,其中列出了各種開(kāi)關(guān)的邏輯條件,以及有關(guān)電壓和導(dǎo)通組件的其他信息。


單相全橋逆變器的操作


值得注意的是,當(dāng)二極管 D1 和 D2 導(dǎo)通時(shí),循環(huán)電流作為正反饋返回到電壓發(fā)生器。在純電阻負(fù)載的情況下,瞬時(shí)功率值等于瞬時(shí)電壓乘以瞬時(shí)電流的乘積。另一方面,如果負(fù)載是電感性的,則其電流和電壓是正弦曲線(xiàn)。任何諧波都會(huì)返回電壓發(fā)生器,應(yīng)該通過(guò)與電壓發(fā)生器并聯(lián)一個(gè)大電容來(lái)消除或減少諧波,不幸的是,這會(huì)增加此類(lèi)逆變器的重量、體積和成本。為避免相反的開(kāi)關(guān)同時(shí)導(dǎo)通,在兩個(gè)電源命令之間實(shí)現(xiàn)了一個(gè)小的死區(qū)時(shí)間。在這種接線(xiàn)方案中,優(yōu)點(diǎn)是使用單一電源電壓。開(kāi)關(guān)成對(duì)工作,在一個(gè)半波中只有 Q1 和 Q2 閉合,在另一個(gè)半波中 Q3 和 Q4 閉合。對(duì)于過(guò)時(shí)的 SCR,典型的工作頻率為 50 Hz 或 300 Hz,這些值都在可聽(tīng)音頻頻譜范圍內(nèi),因此舊設(shè)備會(huì)產(chǎn)生令人不快的哨聲和聲學(xué)音符。使用新的電子元件,可以增加這個(gè)頻率。如果假設(shè)有強(qiáng)電感負(fù)載,則電流呈現(xiàn)對(duì)稱(chēng)的三角形模式(參見(jiàn)圖 4 中的相應(yīng)圖表)。圖中顯示了負(fù)載上的電壓和電流,在每個(gè)周期內(nèi),有四個(gè)不同的導(dǎo)通區(qū)間,對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的電路。切換后,感性負(fù)載上的電流不能突變,瞬間反轉(zhuǎn)方向,方波呈現(xiàn)幅度較大的諧波和其他奇次諧波,諧波失真率約為48%。使用特殊濾波器可以大大減少這些諧波。


單相全橋逆變器的操作
圖 4:負(fù)載上的電壓和電流圖


結(jié)論

2999) 組件可以幫助提高電子設(shè)備的效率。它們是半導(dǎo)體材料,與傳統(tǒng)硅相比具有更優(yōu)異的電性能,例如更高的耐溫性和更低的內(nèi)阻。這意味著基于SiC和 GaN 的電子設(shè)備可以更快地運(yùn)行并且能量損失更少,從而提高整體效率。它們可以設(shè)計(jì)用于太陽(yáng)能系統(tǒng)中的大量使用,因?yàn)樗鼈兛梢蕴幚砜勺兊闹绷鬏斎腚妷翰a(chǎn)生非常穩(wěn)定的交流輸出電壓。此外,它們可以處理非線(xiàn)性負(fù)載,例如電感負(fù)載、電容負(fù)載和混合負(fù)載,因此非常適合用于住宅和工業(yè)應(yīng)用。


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