一、逆變器的定義

逆變器，又稱變流器、反流器，是一種將直流電能（DC）轉(zhuǎn)化為交流電能（AC）的電子設(shè)備。通俗地講，逆變器就是將低壓直流電（如12V、24V、48V等）轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)交流電（一般為220V、50Hz正弦波）的轉(zhuǎn)換器。由于逆變器的作用與將交流電整流為直流電的過程相反，因此得名。

二、逆變器的工作原理

逆變器的工作原理主要基于電力電子技術(shù)和脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)。其基本過程可以概括為以下幾個(gè)步驟：

直流電輸入：逆變器接收來自電池或蓄電池的直流電作為輸入。

整流與轉(zhuǎn)換：輸入的直流電經(jīng)過整流器處理后，進(jìn)入逆變橋部分。逆變橋是逆變器的核心部件，通過控制開關(guān)元件（如IGBT）的通斷，將直流電轉(zhuǎn)換為高頻的階段性交流電。

波形調(diào)制：利用PWM技術(shù)，將階段性交流電調(diào)制為一定頻率的正弦波或方波，使其波形接近市電的交流電。

濾波與輸出：經(jīng)過調(diào)制的交流電通過濾波電路，濾除高頻諧波，得到平滑的交流電輸出。

保護(hù)與控制：逆變器內(nèi)部還設(shè)有保護(hù)系統(tǒng)，確保逆變器在負(fù)載變化或故障情況下能夠穩(wěn)定運(yùn)行，保護(hù)逆變器及連接的電器設(shè)備。

三、逆變器的工作原理

1、單相半橋逆變器的工作模式

兩個(gè)晶閘管（S1 和 S2）與兩個(gè)反饋二極管（D1 和 D2）連接，如下電路圖所示。

電源電壓分為兩個(gè)相等的部分。用于了解阻性負(fù)載的工作原理。

模式1

在此模式下，晶閘管 S1 導(dǎo)通，S2 關(guān)斷。電流流動(dòng)路徑為V/2-S1-B-RL-AV/2。

流過負(fù)載的電流為B到A方向。負(fù)載兩端的電壓為正V/2。在此模式下，輸出產(chǎn)生正周期。

模式2

在此模式下，晶閘管 S2 導(dǎo)通，S1 關(guān)斷。電流流動(dòng)路徑為V/2-A-RL-B-S2-V/2。

流經(jīng)負(fù)載A到B方向的電流。負(fù)載兩端的電壓為負(fù)V/2。在此模式下，輸出產(chǎn)生負(fù)周期。

2、單相全橋逆變器的工作模式

在全橋逆變器中，使用了四個(gè)晶閘管和四個(gè)反饋二極管。將一個(gè)直流電源應(yīng)用于電路。

在半橋逆變器中，一次有一個(gè)開關(guān)導(dǎo)通。在全橋逆變器中，兩個(gè)開關(guān)同時(shí)導(dǎo)通。

模式1

在此模式期間，晶閘管 S1 和 S2 導(dǎo)通，晶閘管 S3 和 S4 關(guān)斷。電流流動(dòng)路徑為V-S1-A-RL-B-S2-V。

流過負(fù)載的電流從A流向B，形成正半周。

模式2

晶閘管S3和S4導(dǎo)通，晶閘管S1和S2關(guān)斷。電流流動(dòng)路徑為V-S3-B-RL-A-S4-V。

流過負(fù)載的電流從B流向A，形成輸出的負(fù)半周。

四、逆變器的結(jié)構(gòu)組成

逆變器主要由逆變橋、控制邏輯和濾波電路三大部分組成：

逆變橋：由多個(gè)開關(guān)元件（如IGBT）組成，負(fù)責(zé)將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。

控制邏輯：通過微處理器或數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）實(shí)現(xiàn)逆變器的智能控制，包括PWM波形生成、保護(hù)邏輯處理等。

濾波電路：用于濾除交流電中的高頻諧波，提高輸出電能的質(zhì)量。

此外，逆變器還可能包含輸入濾波器、輸出隔離變壓器等輔助部件，以提高系統(tǒng)的整體性能和安全性。

五、逆變器的應(yīng)用領(lǐng)域

逆變器因其廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域而備受關(guān)注。以下是一些主要的應(yīng)用領(lǐng)域：

家電領(lǐng)域：逆變器在家電領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，如電視機(jī)、冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)等。逆變器能夠?qū)⒅绷麟娫崔D(zhuǎn)化為交流電源，為這些電器提供所需的電源，并在電力波動(dòng)時(shí)保持電器的穩(wěn)定運(yùn)行。

汽車領(lǐng)域：在汽車中，逆變器可以將汽車電池的直流電轉(zhuǎn)化為交流電，為電動(dòng)車窗、空調(diào)、音響等設(shè)備提供電源。此外，逆變器還可以在汽車啟動(dòng)時(shí)提供大電流，為發(fā)動(dòng)機(jī)提供足夠的啟動(dòng)電流。

通信領(lǐng)域：逆變器在通信領(lǐng)域的應(yīng)用也十分重要。它可以將直流電源轉(zhuǎn)化為交流電源，為電話、手機(jī)、傳真機(jī)等通信設(shè)備提供所需的電源，并在通信設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)提供備用電源，保證通信的可靠性。

工業(yè)領(lǐng)域：在工業(yè)領(lǐng)域，逆變器被廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)化生產(chǎn)線等機(jī)械設(shè)備中。逆變器能夠?qū)⒅绷麟娫崔D(zhuǎn)化為交流電源，為這些設(shè)備提供所需的電源，并提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

航空領(lǐng)域：在航空領(lǐng)域，逆變器同樣扮演著重要角色。它可以將飛機(jī)上的直流電源轉(zhuǎn)化為交流電源，為雷達(dá)、導(dǎo)航系統(tǒng)等航空設(shè)備提供所需的電源。逆變器的輕便性和穩(wěn)定性對(duì)于提高航空設(shè)備的使用效率和安全性至關(guān)重要。

六、三種逆變器電路圖

1、使用6個(gè)晶體管的簡(jiǎn)單30瓦逆變器電路圖

在本教程中，我們將制作一個(gè)“使用 6 個(gè)晶體管的簡(jiǎn)單 30 瓦逆變器電路”。

功率逆變器是一種將直流電 (DC) 轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?(AC) 的電力電子設(shè)備或電路。假設(shè)您是汽車、船或其他具有足夠可用空間的車輛的所有者，并且希望能夠在船上看電視、做飯、為筆記本電腦供電，或者想要在山上度過一段時(shí)光。您將需要一個(gè)電源逆變器。它們是將車輛電池的直流電 (DC) 轉(zhuǎn)換為交流電 (AC) 的設(shè)備。它增加直流電壓并將其變?yōu)榻涣麟妷?，然后用它為您的設(shè)備供電。這是一個(gè)簡(jiǎn)單的 30 瓦逆變器電路，它將 12V 電池的直流電壓轉(zhuǎn)換為 50Hz 的交流 220V-230V，與您家里使用的電力相同。

逆變器電路圖

在這個(gè)電路中，我們需要一個(gè)具有高功率、正負(fù)兩部分的波形。因此，我們應(yīng)該使用一個(gè)中心抽頭變壓器和兩個(gè)具有相同電氣特性的放大器組。

Q3和Q4是預(yù)驅(qū)動(dòng)放大器，使用了許多NPN類型的數(shù)字。所以，我們選擇2SC1815。 Q5、Q6是高輸出驅(qū)動(dòng)放大器晶體管。我們選擇了2SD313，因?yàn)樗哂写笥?A的大電流收集器并且價(jià)格便宜。您還可以使用 H1061 或 TIP41 以獲得更好的質(zhì)量（高電流和電壓）。 R5、R6是電阻，提供電流給Q3、Q5和Q4、Q6的基極偏置。

當(dāng)Q1導(dǎo)通電流時(shí)，結(jié)果對(duì)Q2不起作用。因此電流流過R4、R6為Q4提供偏置電流，Q6導(dǎo)通電流。結(jié)果是從電池到變壓器線圈的電流。但當(dāng) Q1 停止時(shí)，Q2 就會(huì)工作。于是電流流經(jīng)R1、R5，提供電流，觸發(fā)Q3、Q5導(dǎo)通電流。因此，來自電池的電流改為流經(jīng)另一個(gè)變壓器線圈。大功率時(shí)通過變壓器正負(fù)切換產(chǎn)生電感。變壓器以 50Hz 的頻率將電壓從 12V AC 增加到 220V AC。

D1和D2是二極管，保護(hù)變壓器工作免受噪聲影響。 D3是保護(hù)二極管。如果D3極性連接錯(cuò)誤。負(fù)電壓將流經(jīng) D3。使電路安全。但 D3 可能短路并且 F1 保險(xiǎn)絲熔斷。 F1是過流保護(hù)1A的保險(xiǎn)絲，極性接錯(cuò)，F(xiàn)1也會(huì)熔斷。當(dāng)220V 50Hz 電源完全接通時(shí)，LED1 通電顯示。 R7 的作用是減少 LED1 的電流。 D4 適當(dāng)設(shè)置 LED1 的極性。

2、使用CD4047的12V DC到220V AC逆變器電路圖

逆變器電路將直流（DC）電源轉(zhuǎn)換為交流（AC）電源。它使用晶體管、MOSFET或IGBT等開關(guān)器件和變壓器，快速接通和斷開直流電源，使變壓器線圈產(chǎn)生變化的磁通量，從而切割變壓器的另一側(cè)繞組，通過電磁感應(yīng)產(chǎn)生高壓交流電。這里的 12V DC 至 220V AC逆變器電路使用CD4047 CMOS 低功耗多諧振蕩器 IC，設(shè)計(jì)有少量易于使用的外部元件。它可以用作備用電源、充電電池應(yīng)急電源、或太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)等。

您可以通過下圖了解典型的逆變器電路操作，正如您所看到的，逆變器電路中的變壓器應(yīng)具有較少的初級(jí)繞組和較多的次級(jí)繞組。

對(duì)于低功率應(yīng)用，普通降壓變壓器可以反向使用（次級(jí)作為輸入側(cè)，初級(jí)作為輸出側(cè)）。為了實(shí)現(xiàn)高效率，我們需要使用規(guī)格正確的專用逆變變壓器。

逆變器電路圖

該簡(jiǎn)單逆變器電路旨在實(shí)現(xiàn) 200Vac 至 230Vac 輸出，以在斷電或緊急情況下驅(qū)動(dòng)燈泡、燈管或風(fēng)扇等低瓦電器。

這里我們使用 230V AC 轉(zhuǎn) 12-0-12V AC 降壓變壓器（中心抽頭）并將其反向連接。功率晶體管 TIP31C NPN 用作開關(guān)器件，該 NPN 功率晶體管采用 TO-220 塑料封裝，可處理集電極到發(fā)射極 (VCE) 端子之間的 100V 電壓。具有集電極電流Ic=3A、基極電流IB =1A的能力。

該逆變器電路的下一個(gè)主要部分是開關(guān)頻率振蕩器。這里使用 CD4047 IC 在 Q 和 Q bar引腳中振蕩連續(xù)方波脈沖。取決于定時(shí)組件 RV1 和 C1，通過改變微調(diào)電位器 RV1，我們可以調(diào)整振蕩頻率，從而調(diào)整變壓器的輸出交流電壓。

逆變電路用于將低壓直流電源轉(zhuǎn)換為高壓交流電源輸出。通過使用該電路，我們可以在電源中斷或故障情況下驅(qū)動(dòng)燈泡或風(fēng)扇等交流電器。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，我們需要有12V充電電池，以提供直流電源輸入。這款簡(jiǎn)單的 IC 555 逆變器電路采用最少的組件設(shè)計(jì)，可降低設(shè)計(jì)成本和復(fù)雜性。

3、使用定時(shí)器IC555的逆變器電路圖

在這里，我們將利用變壓器次級(jí)繞組中的感應(yīng)磁通量在變壓器初級(jí)繞組中感應(yīng)出高電壓。我們知道，降壓變壓器的初級(jí)繞組數(shù)量較多，次級(jí)繞組數(shù)量較少。因此，我們將像次級(jí)繞組一樣反轉(zhuǎn)該變壓器作為輸入，在輸入（+12V）直流電源和開關(guān)脈沖的幫助下產(chǎn)生磁通量，然后將初級(jí)繞組作為輸出，在電磁感應(yīng)的幫助下感應(yīng)高電壓。

逆變器電路圖

這個(gè)簡(jiǎn)單的逆變器電路涉及處理輸出端的高壓交流電源，因此請(qǐng)務(wù)必小心處理。

為了在線圈中產(chǎn)生變化的（交變）磁通量，我們需要以更高的頻率通過線圈接通和斷開電源。為此，我們使用功率晶體管 TIP31C 作為開關(guān)，使用定時(shí)器 IC 555 作為高頻脈沖振蕩器件。

這里，定時(shí)器 IC 555 配置為非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器模式，并根據(jù)定時(shí)電阻器 R1、RV1 和定時(shí)電容器 C1 產(chǎn)生高頻脈沖輸出。使用555 Astable Multivibrator Calculator進(jìn)行不同定時(shí)元件值的頻率輸出計(jì)算。該逆變器電路產(chǎn)生 RV1（可變電阻值）范圍為 20KΩ 至 10KΩ 的脈沖頻率（3 KHz 至 8 KHz）。

當(dāng)電源應(yīng)用于該電路時(shí)，在IC 555部分，電容器C1通過串聯(lián)組合電阻器R1和RV1向Vcc充電。一旦 C1 電容器兩端的電壓達(dá)到 2/3 Vcc，則上部比較器（閾值）將設(shè)置內(nèi)部觸發(fā)器 555，并將引腳 3 中的輸出設(shè)置為高電平。在此期間，電容器 C1 通過 RV1（放電引腳）放電。當(dāng) C1 電容器充電達(dá)到 1/3 Vcc 時(shí)，下部比較器將復(fù)位 555 的內(nèi)部觸發(fā)器，并將引腳 3 中的輸出設(shè)置為低電平。電容器 C1 再次開始充電，并且重復(fù)此循環(huán)以產(chǎn)生高電平、低電平定時(shí)脈沖。引腳 3 的脈沖輸出通過反向保護(hù)二極管 1N4007 連接到并聯(lián)晶體管 TIP31C 設(shè)置。這兩個(gè) TIP31C 晶體管充當(dāng)具有高電流能力的開關(guān)，并使次級(jí)變壓器線圈相對(duì)于基本輸入脈沖頻率打開和關(guān)閉。

由于磁通量變化較大，初級(jí)線圈產(chǎn)生電磁感應(yīng)并產(chǎn)生 210 伏至 230 伏的高交流電壓，并且可以通過改變 VR1 值來改變。請(qǐng)記住，555 的輸出頻率應(yīng)在 3 KHz 至 8 KHz 之間，在連接交流負(fù)載之前，請(qǐng)務(wù)必使用數(shù)字萬用表檢查初級(jí)側(cè)的輸出電壓。該電路提供高壓交流輸出，因此請(qǐng)務(wù)必小心處理，以避免致命的電擊。