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電子逆變器電路圖詳解 電子逆變器電路圖原理大全 KIA MOS管

信息來(lái)源:本站 日期:2018-04-23 

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電子逆變器電路圖

逆變器是通過(guò)半導(dǎo)體功率開關(guān)的開通和關(guān)斷作用,把直流電能轉(zhuǎn)變成交流電能的一種變換裝置,是整流變換的逆過(guò)程。

工作原理

逆變裝置的核心,是逆變開關(guān)電路,簡(jiǎn)稱為逆變電路。該電路通過(guò)電力電子開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷,來(lái)完成逆變的功能。

特點(diǎn)

(1)要求具有較高的效率。

由于目前太陽(yáng)能電池的價(jià)格偏高,為了最大限度的利用太陽(yáng)能電池,提高系統(tǒng)效率,必須設(shè)法提高逆變器的效率。

(2)要求具有較高的可靠性。

目前光伏電站系統(tǒng)主要用于邊遠(yuǎn)地區(qū),許多電站無(wú)人值守和維護(hù),這就要求逆變器有合理的電路結(jié)構(gòu),嚴(yán)格的元器件篩選,并要求逆變器具備各種保護(hù)功能,如:輸入直流極性接反保護(hù)、交流輸出短路保護(hù)、過(guò)熱、過(guò)載保護(hù)等。

(3)要求輸入電壓有較寬的適應(yīng)范圍。

由于太陽(yáng)能電池的端電壓隨負(fù)載和日照強(qiáng)度變化而變化。特別是當(dāng)蓄電池老化時(shí)其端電壓的變化范圍很大,如12V的蓄電池,其端電壓可能在10V~16V之間變化,這就要求逆變器在較大的直流輸入電壓范圍內(nèi)保證正常工作。


逆變器是通過(guò)半導(dǎo)體功率開關(guān)的開通和關(guān)斷作用,把直流電能轉(zhuǎn)變成交流電能的一種變換裝置,是整流變換的逆過(guò)程。

電子逆變器電路圖

車載逆變器的整個(gè)電路大體上可分為兩大部分,每部分各采用一只TL494或KA7500芯片組成控制電路,其中第一部分電路的作用是將汽車電瓶等提供的12V直流電,通過(guò)高頻PWM (脈寬調(diào)制)開關(guān)電源技術(shù)轉(zhuǎn)換成30kHz-50kHz、220V左右的交流電;第二部分電路的作用則是利用橋式整流、濾波、脈寬調(diào)制及開關(guān)功率輸出等技術(shù),將30kHz~50kHz、220V左右的交流電轉(zhuǎn)換成50Hz、220V的交流電。

高頻升壓逆變控制電路:

電子逆變器電路圖

(1)腳第一組放大器的同相輸入端,檢測(cè)輸出電流,與3個(gè)0.33R 電阻分壓,當(dāng)電流過(guò)大時(shí),分壓電阻上的電壓超過(guò)(2)腳基準(zhǔn)電壓,(3)腳放大器輸出端輸出高電平,(3)腳為高電平時(shí),電路進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)。(2)腳為比較器的反相輸入端,接(14)腳基準(zhǔn),作比較器的參考電壓,外部輸入端的控制信號(hào)可輸入至腳(4)的截止時(shí)間控制端(也叫死區(qū)時(shí)間控制),與腳(1)、(2)、(15)、(16)誤差放大器的輸入端,其輸入端點(diǎn)的抵補(bǔ)電壓為120mV,其可限制輸出截止時(shí)間至最小值,大約為最初鋸齒波周期時(shí)間的4%。當(dāng)13腳的輸出??刂贫私拥貢r(shí),可獲得96%最大工作周期,而當(dāng)(13)腳接制參考電壓時(shí),可獲得48%最大工作周期。如果我們?cè)诘?腳截止時(shí)間控制輸入端設(shè)定一個(gè)固定電壓,其范圍由0V至3.3V之間,則附加的截止時(shí)間一定出現(xiàn)在輸出上。  (5)、(6)腳是一個(gè)固定頻率的脈沖寬度調(diào)制電路,內(nèi)置了線性鋸齒波振蕩器,振蕩頻率可通過(guò)外部的一個(gè)電阻和一個(gè)電容進(jìn)行調(diào)節(jié),其振蕩頻率如下:

電子逆變器電路圖

輸出脈沖的寬度是通過(guò)電容CT上的正極性鋸齒波電壓與另外兩個(gè)控制信號(hào)進(jìn)行比較來(lái)實(shí)現(xiàn)。功率輸出管Q1和Q2受控于或非門。當(dāng)雙穩(wěn)觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)為低電平時(shí)才會(huì)被選通,即只有在鋸齒波電壓大于控制信號(hào)期間才會(huì)被選通。當(dāng)控制信號(hào)增大,輸出脈沖的寬度將減小。(7)腳接地端,(8)、(11)腳是Q1和Q2內(nèi)部開關(guān)管的集電極,在此電路中接電源,(9)、(10)腳為Q1、Q2的發(fā)射極,作開關(guān)管驅(qū)動(dòng)輸出端,接下圖中Q1與Q2外部放大電路。以驅(qū)動(dòng)后極推挽電路。(12)腳電源端,(13)腳為輸出控制端,接(14)腳基準(zhǔn)電壓時(shí)兩路輸出脈沖相差180方位,每路輸出量大約200MA的驅(qū)動(dòng)推挽或半橋式電路。(15)、腳第二組放大器的反相輸入端,接基準(zhǔn)電壓, (16)腳同相輸入端,檢測(cè)電源電壓。當(dāng)電壓過(guò)高超過(guò)(15)腳參考電壓時(shí),(3)腳輸出高電平,電路進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)。


高頻升壓逆變電路及整流:

電子逆變器電路圖

這是一個(gè)推挽式拓?fù)淠孀冸娐?,?dāng)E1驅(qū)動(dòng)脈沖驅(qū)動(dòng)時(shí),Q1導(dǎo)通,使VT3、VT6導(dǎo)通,VT7、VT8截止,此時(shí)電路進(jìn)行正半周波形放大,變壓器升壓到次級(jí),通過(guò)高頻整流管整流,當(dāng)E2脈沖驅(qū)動(dòng)時(shí),Q2導(dǎo)通,驅(qū)動(dòng)VT7、VT8導(dǎo)通。VT3、VT6截止,進(jìn)得負(fù)半周波形放大。經(jīng)升壓變壓器升壓后,高頻整流。

(此VT3\6\7\8以推挽方式存在于電路中,各負(fù)責(zé)正負(fù)半周的波形放大任務(wù),電路工作時(shí),兩只對(duì)稱的功率開關(guān)管每次只有一對(duì)導(dǎo)通,所以導(dǎo)通損耗小效率高。推挽輸出既可以向負(fù)載灌電流.)


逆變橋逆變:

電子逆變器電路圖

最后由TL494CN芯片的5腳外接點(diǎn)容C3和6腳外接電阻R15決定脈寬頻率為F=1.1÷(0.1×220)KHZ=50HZ控制Q10、Q11、Q13、Q14工作在50HZ的頻率下,將220V直流電逆變?yōu)?20V/50HZ的交流電,上圖將完成這部分功能。TL494正向時(shí),IC2控制Q3為飽和導(dǎo)通狀態(tài),Q4為截止?fàn)顟B(tài),由于Q3為飽和導(dǎo)通狀態(tài),則Q10為飽和導(dǎo)通狀態(tài)。由于Q4處于截止?fàn)顟B(tài),Q11因柵極無(wú)正偏壓而處于截止?fàn)顟B(tài),同時(shí)Q14因柵極無(wú)正偏壓而處于截止?fàn)顟B(tài), Q13為飽和導(dǎo)通狀態(tài)。此時(shí)220V直流電經(jīng)VT6沿XAC插座到負(fù)載再經(jīng)VT10接地,形成正半周期電流;反向時(shí),IC2控制Q3為截止?fàn)顟B(tài),Q4為飽和導(dǎo)通狀態(tài),由于Q3為截止?fàn)顟B(tài),則Q10、Q13因柵極無(wú)正偏壓而處于截止?fàn)顟B(tài),由于Q4為飽和導(dǎo)通狀態(tài),Q11處于飽和導(dǎo)通狀態(tài),同時(shí)Q14處于飽和導(dǎo)通狀態(tài),Q11因柵極無(wú)正偏壓而處于截止?fàn)顟B(tài)。此時(shí)220V直流電經(jīng)VT9沿XAC插座到負(fù)載再經(jīng)VT7接地,形成負(fù)半周期電流;這樣接將220V直流電成功轉(zhuǎn)變?yōu)?20V/50HZ交流電輸出供負(fù)載使用。


電路中的保護(hù)電路:

電子逆變器電路圖

電路中采用雙運(yùn)放比較放大器LM358來(lái)控制輸出過(guò)流保護(hù),輸出電壓過(guò)低保護(hù)電路,TL431在此設(shè)制2.5V基準(zhǔn)電壓,給比較器同相輸入端作參考電壓,第一組運(yùn)放的同相輸入端接輸出電流檢測(cè),反相輸入端接參考電壓,當(dāng)電流過(guò)大,比較器輸入電壓升高,當(dāng)超過(guò)2.5V時(shí),輸出端輸出高電平,送入IC1的3腳,IC關(guān)閉輸出。第二組運(yùn)放同相輸入端接參考電壓,反相輸入端接輸出電壓,當(dāng)電壓過(guò)低,檢測(cè)分壓后電壓低于2.5V時(shí),輸出端輸出高電平,Q1導(dǎo)通,蜂鳴器報(bào)警。


常見逆變器類型

中小功率

中小功率逆變電源是戶用獨(dú)立交流光伏系統(tǒng)中重要的環(huán)節(jié)之一,因而各國(guó)的光伏專家們一直在努力開發(fā)適于戶用的逆變電源,以促使該行業(yè)更好更快地發(fā)展。


多重串聯(lián)型

多重串聯(lián)型逆變器應(yīng)用于電動(dòng)汽車有諸多優(yōu)點(diǎn)。串聯(lián)結(jié)構(gòu)輸出電壓矢量種類大大增加,增強(qiáng)了控制的靈活性,提高了控制的精確性;同時(shí)降低了電機(jī)中性點(diǎn)電壓的波動(dòng)。逆變器的旁路特點(diǎn)可提高充電和再生制動(dòng)控制的靈活性。


隨著人們對(duì)城市環(huán)境的日益關(guān)切,電動(dòng)汽車的發(fā)展得到了一個(gè)難得的機(jī)遇。在城市交通中,電動(dòng)大客車由于載量大,綜合效益高,成為優(yōu)先發(fā)展的對(duì)象。電動(dòng)大客車大都采用三相交流電機(jī),由于電機(jī)功率大,三相逆變器中的器件需要承受高電壓和大電流應(yīng)力的作用,較高的dv/dt又使電磁輻射嚴(yán)重,并且需要良好的散熱。


而采用多重串聯(lián)型結(jié)構(gòu)的大功率逆變器則降低了單個(gè)器件承受的電壓應(yīng)力,降低了對(duì)器件的要求;降低了dv/dt值,減少了電磁輻射,器件的發(fā)熱也大大減少;由于輸出電平種類增加,控制性能更好。


多重串聯(lián)型逆變器適用于大功率的電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。采用多重串聯(lián)型結(jié)構(gòu),可降低多個(gè)蓄電池串聯(lián)帶來(lái)的危險(xiǎn),降低器件的開關(guān)應(yīng)力和減少電磁輻射。但需要的電池?cái)?shù)增加了2倍。


多重串聯(lián)型結(jié)構(gòu)輸出電壓矢量種類大大增加,從而增強(qiáng)了控制的靈活性,提高了控制的精確性;同時(shí)降低電機(jī)中性點(diǎn)電壓的波動(dòng)。為維持每組蓄電池電量的均衡,在運(yùn)行時(shí)需要確保電池的放電時(shí)間一致。通過(guò)旁路方式,可靈活地對(duì)蓄電池組充電,還可控制再生制動(dòng)的力矩。


車載

車載逆變器一般使用汽車電瓶或者點(diǎn)煙器供電,先將低壓直流電轉(zhuǎn)換為265V左右的直流電,然后將高壓的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)?20V、50Hz的交流電。車載逆變器打破了在車內(nèi)使用電器的諸多局限。車載電源不僅適用于車載系統(tǒng),只要有DC12V直流電源的場(chǎng)合,都可使用。車載逆變器充分考慮到外部的使用環(huán)境,當(dāng)發(fā)生過(guò)載或短路現(xiàn)象時(shí)將自動(dòng)保護(hù)關(guān)機(jī)。


單相電壓源逆變器

電壓源逆變器是按照控制電壓的方式將直流電能轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟娔埽?是逆變技術(shù)中最為常見和簡(jiǎn)單的一種,下面主要介紹單相電壓源逆變器。


要從一個(gè)直流電源中獲取交流電能,有多種方式,但至少應(yīng)使用兩個(gè)功率開關(guān)元件,單相逆變器有推挽式、半橋式、全橋式三種電路拓樸結(jié)構(gòu),如果每半個(gè)工頻周期內(nèi)只輸出一個(gè)脈沖,我們稱其為方波逆變器,如果每半個(gè)周期內(nèi)有多個(gè)脈寬組成,并且脈沖寬度符合正弦波調(diào)制(SPWM)規(guī)律,則稱其為正弦波脈寬調(diào)制輸出。方波逆變技術(shù)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)單脈沖調(diào)制技術(shù),下面介紹其工作原理。


1、推挽式逆變電路

下圖是單相推挽式逆變器的拓樸結(jié)構(gòu),該電路由兩只共負(fù)極的功率開關(guān)元件和一個(gè)初級(jí)帶有中心抽頭的升壓變壓器組成。

電子逆變器電路圖

若交流負(fù)載為純阻性負(fù)載,當(dāng) t 1 ≤t≤t 2 時(shí) VT 1 功率管加上柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào) Ug1,VT 1 導(dǎo)通,VT 2 截止,變壓器輸出端感應(yīng)出正電壓;當(dāng) t 3 ≤t≤t 4 時(shí),VT 2 功率管加上柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào) Ug2,VT 2 導(dǎo)通,VT 1 截止,變壓器輸出端感應(yīng)出負(fù)電壓,波形如圖下圖所示,若負(fù)載為感性負(fù)載,則變壓器內(nèi)的電流波形連續(xù),輸出電壓、電流波形如下圖推挽電路波形。

電子逆變器電路圖

電子逆變器電路圖

推挽逆變器的輸出只有兩種狀態(tài)+V0 和-V0 ,實(shí)質(zhì)上是雙極性調(diào)制,通過(guò)調(diào)節(jié) VT1 和 VT2 的占空比來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓。推挽式方波逆變器的電路拓樸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,兩個(gè)功率管可共地驅(qū)動(dòng),但功率管承受開關(guān)電壓為 2 倍的直流電壓,因此適合應(yīng)用于直流母線電壓較低的場(chǎng)合。另外,變壓器的利用率較低,驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載困難。


2、半橋式逆變電路

半橋式逆變電路的拓樸結(jié)構(gòu)如圖 2-4 所示,兩只串聯(lián)電容的中點(diǎn)作為參考點(diǎn),當(dāng)開關(guān)元件 VT 1 導(dǎo)通時(shí),電容 C 1 上的能量釋放到負(fù)載 RL 上,而當(dāng) VT 2 導(dǎo)通時(shí),電容C 2 上的能量釋放到負(fù)載 RL 上,VT 1 和 VT 2 輪流導(dǎo)通時(shí)在負(fù)載兩端獲得了交流電能,半橋逆變電路在功率開關(guān)元件不導(dǎo)通時(shí)承受直流電源電壓 Ud,由于電容 C 1 和 C 2 兩端的電壓均為 Ud/2(假設(shè) C 1 =C 2 ) ,因此功率元件 VT 1 和 VT 2 承受的電流為 2Id。實(shí)質(zhì)上單相半橋電路和前一節(jié)討論的單相推挽電路在電路結(jié)構(gòu)上是對(duì)偶的,讀者可自行分析半橋電路的工作過(guò)程。

電子逆變器電路圖

半橋型逆變電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,由于兩只串聯(lián)電容的作用,不會(huì)產(chǎn)生磁偏或直流分量,非常適合后級(jí)帶動(dòng)變壓器負(fù)載,當(dāng)該電路工作在工頻(50 或者 60H Z )時(shí),電容必須選取較大的容量,使電路的成本上升,因此該電路主要用于高頻逆變場(chǎng)合。


3、單相全橋逆變電路

單相全橋逆變電路也稱“H 橋”電路,其電路拓樸結(jié)構(gòu)如圖所示,由兩個(gè)半橋電路組成, 以 180度方波為例說(shuō)明單相全橋電路的工作原理, 功率開關(guān)元件 Q 1 與 Q 4 互補(bǔ),Q 2 與 Q 3 互補(bǔ),當(dāng) Q 1 與 Q 3 同時(shí)導(dǎo)通時(shí),負(fù)載電壓 U 0 = +Ud;當(dāng) Q 2 與 Q 4 同時(shí)悼通時(shí),負(fù)載兩端 U 0 = -Ud,Q 1 Q 3 和 Q 2 Q 4 輪流導(dǎo)通,負(fù)載兩端就得到交流電能。

電子逆變器電路圖


電子逆變器電路圖

假設(shè)負(fù)載具有一定電感,即負(fù)載電流落后與電壓 j 角度,在 Q1Q3 功率管柵極加上驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí),由于電流的帶后,此時(shí) D1 D3 仍處于導(dǎo)通續(xù)流階段,當(dāng)經(jīng)過(guò) y 電角度時(shí),電流過(guò)零,電源向負(fù)載輸送有功功率,同樣當(dāng) Q2 Q4 加上柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí) D2D4 仍處于續(xù)流狀態(tài),此時(shí)能量從負(fù)載饋送回直流側(cè),再經(jīng)過(guò) y 電角度后,Q2 Q4 才真正流過(guò)電流。


單相全橋電路上述工作狀況下 Q1Q3 和 Q2Q4 分別工作半個(gè)周期, 其輸出電壓波形為 180 度的方波,事實(shí)上這種控制方式并不實(shí)用,因?yàn)樵趯?shí)際的逆變電源中輸出電壓是需要可以控制和調(diào)節(jié)的。


實(shí)例講解

電子逆變器電路圖

以上是一款較為容易制作的逆變器電路圖,可以將12V直流電源電壓逆變?yōu)?20V市電電壓,電路由BG2和BG3組成的多諧振蕩器推動(dòng),再通過(guò)BG1和BG4驅(qū)動(dòng),來(lái)控制BG6和BG7工作。其中振蕩電路由BG5與DW組的穩(wěn)壓電源供電,這樣可以使輸出頻率比較穩(wěn)定。在制作時(shí),變壓器可選有常用雙12V輸出的市電變壓器??筛鶕?jù)需要,選擇適當(dāng)?shù)?2V蓄電池容量。


以下是一款高效率的正弦波逆變器電器圖,該電路用12V電池供電。先用一片倍壓模塊倍壓為運(yùn)放供電??蛇x取ICL7660或MAX1044。運(yùn)放1產(chǎn)生50Hz正弦波作為基準(zhǔn)信號(hào)。運(yùn)放2作為反相器。運(yùn)放3和運(yùn)放4作為遲滯比較器。其實(shí)運(yùn)放3和開關(guān)管1構(gòu)成的是比例開關(guān)電源。運(yùn)放4和開關(guān)管2也同樣。它的開關(guān)頻率不穩(wěn)定。在運(yùn)放1輸出信號(hào)為正相時(shí),運(yùn)放3和開關(guān)管工作。這時(shí)運(yùn)放2輸出的是負(fù)相。這時(shí)運(yùn)放4的正輸入端的電位(恒為0)總比負(fù)輸入端的電位高,所以運(yùn)放4輸出恒為1,開關(guān)管關(guān)閉。在運(yùn)放1輸出為負(fù)相時(shí),則相反。這就實(shí)現(xiàn)了兩開關(guān)管交替工作。

電子逆變器電路圖

當(dāng)基準(zhǔn)信號(hào)比檢測(cè)信號(hào),也即是運(yùn)放3或4的負(fù)輸入端的信號(hào)比正輸入端的信號(hào)高一微小值時(shí),比較器輸出0,開關(guān)管開,隨之檢測(cè)信號(hào)迅速提高,當(dāng)檢測(cè)信號(hào)比基準(zhǔn)信號(hào)高一微小值時(shí),比較器輸出1,開關(guān)管關(guān)。這里要注意的是,在電路翻轉(zhuǎn)時(shí)比較器有個(gè)正反饋過(guò)程,這是遲滯比較器的特點(diǎn)。比如說(shuō)在基準(zhǔn)信號(hào)比檢測(cè)信號(hào)低的前提下,隨著它們的差值不斷地靠近,在它們相等的瞬間,基準(zhǔn)信號(hào)馬上比檢測(cè)信號(hào)高出一定值。這個(gè)“一定值”影響開關(guān)頻率。它越大頻率越低。這里選它為0.1~0.2V。


C3,C4的作用是為了讓頻率較高的開關(guān)續(xù)流電流通過(guò),而對(duì)頻率較低的50Hz信號(hào)產(chǎn)生較大的阻抗。C5由公式:50=算出。L一般為70H,制作時(shí)最好測(cè)一下。這樣C為0.15μ左右。R4與R3的比值要嚴(yán)格等于0.5,大了波形失真明顯,小了不能起振,但是寧可大一些,不可小。開關(guān)管的最大電流為:

I==25A。


現(xiàn)有的逆變器,有方波輸出和正弦波輸出兩種。方波輸出的逆變器效率高,對(duì)于采用正弦波電源設(shè)計(jì)的電器來(lái)說(shuō),除少數(shù)電器不適用外大多數(shù)電器都可適用,正弦波輸出的逆變器就沒有這方面的缺點(diǎn),卻存在效率低的缺點(diǎn),如何選擇這就需要根據(jù)自己的需求了。


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電子逆變器電路圖

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