逆變器工作原理以及典型電路分析

2020-12-06 我的煤炭網

逆變器工作原理以及典型電路分析

逆變器工作原理

利用震蕩器的原理,先將直流電變為大小隨時間變化的脈衝交流電,經隔直系統去掉直流分量,保留交變分量,再通過變換系統(升壓或降壓)變換,整形及穩壓,就得到了符合我們需要的交流電。利用振蕩電路產生一定頻率的脈動的直流電流,再用變壓器將這個電流轉換為需要的交流電壓。三相逆變器則同時產生互差120度相位角的三相交流電壓。

逆變器有很多部分組成,其中最核心的部分就是振蕩器了。最早的振蕩器是電磁型的,後來發展為電子型的,從分立元件到專用集成電路,再到微電腦控制,越來越完善,逆變器的功能也越來越強,在各個領域都得到了很廣泛的應用。

簡單逆變器電路

該逆變器使用功率場效應電晶體作為逆變器裝置。用汽車電池供電。因此,在輸入電壓為12伏直流電。輸出電壓是100V的交流電。但是,輸入和輸出電壓不僅限於此。您可以使用任何電壓。他們依賴於變壓器使用。波形輸出為方波。根據經驗,這個電路約100W功率 。

電路必須按裝保險絲,因為過多的輸入電流流動時,振蕩器停止。

 

 

逆變器原理電路:將12V直流變成220V交流電

將220V交流電轉變為24V、36V、48V都比較簡單,只需要使用變壓器的原理。電磁互感,就可以獲得不同的電壓。

 

 

設閉合電路是一個n匝線圈,且穿過每匝線圈的磁通量變化率都相同,這時相當於n個單匝線圈串聯而成,因此感應電動勢變為

 

 

根據公式可知,E就是電動勢,也就是電壓。因為

 

 

不變,只要鐵塊兩端的線圈數量n不一樣就可以達到變壓的效果。

將交流電轉變為直流電只要加上二極體就可以達到需要的效果,二極體是一種具有兩個電極的裝置,只允許電流由單一方向流過,許多的使用是應用其整流的功能。然後再利用變壓器原理就可以將220V交流電轉變成12V直流電,以及我們手機充電器的5V直流輸出電壓。

 

 

那麼如何將12V直流轉換成220V交流電呢?首先我們來了解一下逆變器,什麼是逆變器?

逆變器是把直流電能(電池、蓄電瓶)轉變成交流電(一般為220V,50Hz正弦波)。它由逆變橋、控制邏輯和濾波電路組成。是一種DC to AC的變壓器,它其實與轉化器是一種電壓逆變的過程。轉換器是將電網的交流電壓轉變為穩定的12V直流輸出,而逆變器是將Adapter輸出的12V直流電壓轉變為高頻的高壓交流電。

然後我們看一下整個過程的電路圖:12V直流→高頻升壓→220V直流→全橋整流→220V直流→逆變橋逆變→220V交流

 

 

高頻升壓逆變控制電路:

 

 

(1)腳第一組放大器的同相輸入端,檢測輸出電流,與3個0.33R 電阻分壓,當電流過大時,分壓電阻上的電壓超過(2)腳基準電壓,(3)腳放大器輸出端輸出高電平,(3)腳為高電平時,電路進入保護狀態。(2)腳為比較器的反相輸入端,接(14)腳基準,作比較器的參考電壓,外部輸入端的控制信號可輸入至腳(4)的截止時間控制端(也叫死區時間控制),與腳(1)、(2)、(15)、(16)誤差放大器的輸入端,其輸入端點的抵補電壓為120mV,其可限制輸出截止時間至最小值,大約為最初鋸齒波周期時間的4%。當13腳的輸出模控制端接地時,可獲得96%最大工作周期,而當(13)腳接制參考電壓時,可獲得48%最大工作周期。如果我們在第4腳截止時間控制輸入端設定一個固定電壓,其範圍由0V至3.3V之間,則附加的截止時間一定出現在輸出上。 (5)、(6)腳是一個固定頻率的脈衝寬度調製電路,內置了線性鋸齒波振蕩器,振蕩頻率可通過外部的一個電阻和一個電容進行調節,其振蕩頻率如下:

輸出脈衝的寬度是通過電容CT上的正極性鋸齒波電壓與另外兩個控制信號進行比較來實現。功率輸出管Q1和Q2受控於或非門。當雙穩觸發器的時鐘信號為低電平時才會被選通,即只有在鋸齒波電壓大於控制信號期間才會被選通。當控制信號增大,輸出脈衝的寬度將減小。(7)腳接地端,(8)、(11)腳是Q1和Q2內部開關管的集電極,在此電路中接電源,(9)、(10)腳為Q1、Q2的發射極,作開關管驅動輸出端,接下圖中Q1與Q2外部放大電路。以驅動後極推挽電路。(12)腳電源端,(13)腳為輸出控制端,接(14)腳基準電壓時兩路輸出脈衝相差180方位,每路輸出量大約200MA的驅動推挽或半橋式電路。(15)、腳第二組放大器的反相輸入端,接基準電壓, (16)腳同相輸入端,檢測電源電壓。當電壓過高超過(15)腳參考電壓時,(3)腳輸出高電平,電路進入保護狀態。

高頻升壓逆變電路及整流:

 

 

這是一個推挽式拓撲逆變電路,當E1驅動脈衝驅動時,Q1導通,使VT3、VT6導通,VT7、VT8截止,此時電路進行正半周波形放大,變壓器升壓到次級,通過高頻整流管整流,當E2脈衝驅動時,Q2導通,驅動VT7、VT8導通。VT3、VT6截止,進得負半周波形放大。經升壓變壓器升壓後,高頻整流。

(此VT38以推挽方式存在於電路中,各負責正負半周的波形放大任務,電路工作時,兩隻對稱的功率開關管每次只有一對導通,所以導通損耗小效率高。推輓輸出既可以向負載灌電流。)

逆變橋逆變:

 

 

 

 

最後由TL494CN晶片的5腳外接點容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直流電逆變為220V/50HZ的交流電,上圖將完成這部分功能。

TL494正向時,IC2控制Q3為飽和導通狀態,Q4為截止狀態,由於Q3為飽和導通狀態,則Q10為飽和導通狀態。由於Q4處於截止狀態,Q11因柵極無正偏壓而處於截止狀態,同時Q14因柵極無正偏壓而處於截止狀態, Q13為飽和導通狀態。此時220V直流電經VT6沿XAC插座到負載再經VT10接地,形成正半周期電流;反向時,IC2控制Q3為截止狀態,Q4為飽和導通狀態,由於Q3為截止狀態,則Q10、Q13因柵極無正偏壓而處於截止狀態,由於Q4為飽和導通狀態,Q11處於飽和導通狀態,同時Q14處於飽和導通狀態,Q11因柵極無正偏壓而處於截止狀態。此時220V直流電經VT9沿XAC插座到負載再經VT7接地,形成負半周期電流;這樣接將220V直流電成功轉變為220V/50HZ交流電輸出供負載使用。

電路中的保護電路:

 

 

電路中採用雙運放比較放大器LM358來控制輸出過流保護,輸出電壓過低保護電路,TL431在此設制2.5V基準電壓,給比較器同相輸入端作參考電壓,第一組運放的同相輸入端接輸出電流檢測,反相輸入端接參考電壓,當電流過大,比較器輸入電壓升高,當超過2.5V時,輸出端輸出高電平,送入IC1的3腳,IC關閉輸出。第二組運放同相輸入端接參考電壓,反相輸入端接輸出電壓,當電壓過低,檢測分壓後電壓低於2.5V時,輸出端輸出高電平,Q1導通,蜂鳴器報警。

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