电路笔记(电源模块):DC-AC电路 逆变器 H桥电路 & 交替开关法逆变器

逆变器

逆变器 = DC-AC plus

  • 逆变器(Inverter):将直流电转换为交流电的电力电子装置。
  • 正变器(Rectifier):相对而言,是把交流变为直流的装置(比如充电器里用到的部分)。
  • 逆变器的更多功能
功能DC-AC转换器(基本)逆变器(实际应用中)
电压调节固定输出动态控制、电压匹配
波形方波或简易正弦波正弦波、PWM调制等高质量输出
安全保护少或无短路、过载、过温、孤岛效应检测等
智能控制MCU/FPGA控制、通讯接口(如RS485、CAN)
能源管理可支持并网、离网切换、储能管理等

震荡放大法 & 交替开关法

  • 《逆变器知识 徐泽伟 编著》---- 电子设备电源技术普及丛书,人民邮电出版社:

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  • 振荡式逆变器的性能好,控制方便,输出波形接近理想的正弦波。但是,这种逆变器的效率低,体积大,成本高。因此,除有些精密的仪器仪表还采用它外,一般用得比较少。后来,在振荡式逆变器的基础上,研制出了晶体管自激逆变器和可控硅串联逆变器,克服了它的缺点,发扬了它的优点,成为现在最常用的两种高频逆变器。

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H桥电路(用于交替开关法逆变器)

  • H桥是一种常见的驱动电路结构,在电机驱动中用于实现 直流电机正反转控制(换向)不需要机械换向器,而是通过电子开关(比如 MOSFET、BJT 或继电器)实现电流方向切换。

  • H 桥电路由 4 个开关元件(通常为 MOSFET) 组成,形似字母“H”,控制直流电机电流方向:

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   +V
    |
   Q1      Q2
    |       |
    +---M---+
    |       |
   Q3      Q4
    |       |
   GND     GND
开关状态电流方向电机转向
Q1 + Q4 ON,Q2 + Q3 OFF电流从 Q1 → M → Q4正转
Q2 + Q3 ON,Q1 + Q4 OFF电流从 Q2 → M → Q3反转
Q1 + Q2 ON(或 Q3 + Q4 ON)两端同电位电机制动或停止
  • 注意:Q1 + Q3 或 Q2 + Q4 绝不能同时导通,否则会造成直通短路,烧坏电路!

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序号电源1状态2状态3状态4状态等效交流
1(上图)恒定直流左 → 右
2恒定直流右 → 左
  • 通过脉宽调制,电压大的区域占空比大,小的地方占空比小,用 PWM 近似构造正弦波形,输出交流电

栅极驱动芯片

  • 用比较器控制两个互斥的一对开关防止短路:

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  • IR2101STRPBF 是一款适用于高压 H 桥驱动场景的高低侧 N-MOS 驱动芯片,适合 DIY 电机控制、DC-AC 逆变器、LED 恒流驱动等用途。输出驱动器具有一个专为最小化驱动器交叉导通而设计的高脉冲电流缓冲级,防止上下同时导通

H 桥芯片

  • H 桥芯片是专门用于驱动直流电机或其他双向负载的集成电路,能实现电流正反向控制(正转/反转)与 PWM 调速。
型号通道数电流电压说明
L298N双 H 桥2A46V经典,体积大
L293D双 H 桥600mA36V适合轻负载
DRV8833双 H 桥1.5A10.8V适合电池供电
BTS7960单 H 桥43A24V大功率

CG

  • 类似“逆变器”的名称案例:
名称表面意思实际含义或扩展功能
整流器(Rectifier)AC 转 DC包括二极管整流、可控硅整流、全桥整流,可能还带有滤波、稳压、PFC等功能
变频器(VFD, Inverter)改变频率实际为“AC-DC-AC”结构,控制电机转速、启动过程,带矢量控制、转矩控制、能耗制动等
稳压器(AVR)保持电压稳定有机械式、电子式、继电器式、伺服式等,有的带过压保护、延时启动
UPS(不间断电源)断电继续供电实际是整流器 + 电池 + 逆变器 + 控制系统组成,可分为后备式、在线式、在线互动式等
DC-DC变换器改变DC电压实际分为升压、降压、升降压、隔离式(如反激)等,常配合反馈控制、PWM、PFC电路
充电器给电池充电实际是整流器 + DC-DC调节器 + 电池管理系统(BMS),支持多种充电模式(如恒流/恒压)
变压器电压变换理论上只适用于交流电,不能直接作用于直流电;但电源中常结合开关电路实现DC变压功能
电源(Power Supply)提供电能实际分为线性电源、开关电源(SMPS)、AC-DC、DC-DC等,各种拓扑结构复杂多样
软启动器平稳启动并非简单开关,而是通过限压/限流/斜坡控制(如可控硅)避免电机启动冲击
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