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1、全桥逆变
1.1、全桥逆变SPWM仿真
2、半桥逆变
2.1、本课小结
3、多重逆变#xff08;间接的“交-直-交-直”变流#xff09;
3.1、多电平逆变的目的
3.2、单逆变桥 3 电平控制时序
3.3、大功率设备的功率因数
3.4、本课小结 视频链接#xff1a;文字…
目录
1、全桥逆变
1.1、全桥逆变SPWM仿真
2、半桥逆变
2.1、本课小结
3、多重逆变间接的“交-直-交-直”变流
3.1、多电平逆变的目的
3.2、单逆变桥 3 电平控制时序
3.3、大功率设备的功率因数
3.4、本课小结 视频链接文字来自链接里txt
逆变电路一-电源管理在线培训- 德州仪器TI官方视频课程培训 (21ic.com) 1、全桥逆变 全桥逆变构成一个 H 桥 四个开关
交替让 1、4 导通 负载上流过从左到右的电流 然后让 2、3 导通 流过由右向左的电流 负载上得到了交流电 这就是全桥逆变 。
1.1、全桥逆变SPWM仿真
仿真的时候 我们把时间开关设定为互补导通 我们看仿真 ±10V 的方波电压 我们下面来仿真 SPWM 波形 逆变电路通过 PWM 控制 可以滤波输出任意信号 通过面积等效原理 那么滤波输出 如果不滤波它肯定还是方波 滤波以后才能够得到任意波形 为了驱动方便上桥臂使用 PMOS 下桥臂使用 NMOS 使用可编程电源来模拟 SPWM 信号 。
SPWM 信号驱动的合成 选择受控源 Controlled Sources 选择 VCVS 也就是压控电压源 在属性里面选择两输入信号的压控电压源 编程写上 当电源 1 大于电源 2 的电压的时候 输出电压为 10V 否则为 0V 这句代码的含义 实际上就是一个电压比较器 如果 1 高就是 10V2 高就是 0V 得到可编程电源 两输入电压的压控电源以后 对输入信号进行设置 。
调制波 50Hz 的正弦波 另一路是载波 1kHz 的三角波 这就是我们得到的可编程电源 调制波就是目标波形 你希望最终的 SPWM 逆变等效出来的波形长什么样 你就给调制波什么样的波形 我们这里给的是 50Hz 的正弦波 载波 1kHz 三角波 那我们比较器比较出来得到的 SPWM 就是面积等效为 一个反相的 50Hz 正弦波 这个时候电压最低 这个占空比最宽 等效的电压越高 这就是 SPWM 原理 我们虽然这里是用可编程电源来模拟 实际上在硬件获得 SPWM 的驱动信号 也是用电压比较器的原理 我们看控制逻辑 对于 N 型管来说是高电平开通 对于 P 型管来说是低电平开通 因此正好左边我们用一路受控源 来进行控制 右边用另外一路受控源 它们的区别就是电压比较器的符号 一个是小于一个是大于 它们就是相反的逻辑 这是 SPWM 的输出仿真 。 2、半桥逆变 C1、C2 是两个很大的电容 因此我们可以认为它将 V1 电压 平分为两个 5V 前半周期开关 1 闭合开关 2 断开 负载上流过自右向左的电流 后半周期开关 2 闭合 负载上流过自左向右的电流 因此它负载上得到的也是交流电 我们看半桥逆变的仿真 输出的交流峰值电压为 5V 只有全桥的一半 那么全桥逆变和半桥逆变都可以用于大功率电路 。 2.1、本课小结
1全桥逆变电路的基本原理 四个开关构成 H 桥 对角线轮流导通 就在负载上形成交流电 把直流电变成交流电了 这就是全桥逆变 。
2SPWM 合成原理 目标波形、载波 两个进行电压比较 形成 SPWM 控制信号 面积等效 这个 SPWM 控制信号 用来控制 H 桥 再经过滤波 我们就可以得到真正的输出电压 就长成目标波形这个样子 这就是 SPWM 原理 输出还是方波 这个地方有一点变形是因为滤波单元 滤完以后面积等效为正弦波 。
3半桥逆变电路基本原理 两个大电容将直流电压平分 可以当成两个电池来看待 那么开关 1 闭合 顺时针电流 开关 2 闭合 一样可以形成交流电 但是它省了两个开关 。
3、多重逆变间接的“交-直-交-直”变流 看一下 这种交-直-交-直变流的好处在哪 50Hz 的交流电先整流变成直流 然后再逆变成 50kHz 频率增高的交流 再进行降压和整流 那么与直接对 50Hz 进行降压和整流相比 变压器高频变压器体积要小得多 滤波电容的滤波效果也要好得多 如果对 50Hz 进行滤波 即使用了 10000μF 的电容 滤波效果都很勉强 但是开关电源的滤波电容 一般就是百微法量级 。
滤波的仿真效果对比 黄色波形是 50kHz 整流输出效果 粉色的是工频它直接滤波的纹波效果 。
3.1、多电平逆变的目的
【目的】在负载测减少谐波 让输出的电流电压波形更接近于正弦波 。
来看单个的逆变单元 通过 SPWM 面积等效 已经可以认为长得有点像正弦波了 但如果让这三个单元的 SPWM 错一定相位再进行串联 我就可以得到更多电平的 SPWM 无疑最后一个波形要更像正弦波 它含的谐波更少 多电平逆变的目的 由于高速开关无法串联来提高耐压 我们觉得耐压不够 你串两个开关 但是因为高速开关你很难 控制它们同时开通、同时关断 因此当你一个开关先开通 那么所有的电压 都会加载在另外一个开关上 你还是扛不住高压 所以对于高速开关来说 是没法串联来使用的 那么我们碰到高压设备怎么办呢 我们是把它先变成电源 用电源单元进行串联 就是装置的串并联 而不是器件的串联 这个是一个目的 。
第二个好处是如果单个电源损坏 我们可以快速旁路 。 我们看这是一个高压变频器 比如高压输出三相交流电的 这么一种设备 它每一项由四个逆变桥组成四单元 假如有一个坏掉了 我就让它短路旁路掉 那么原本完全对称的时候 三相的相位差是 120° 现在由于这个地方 这根线短了一截 那么我只要控制 把它变成 128° 相位差 它又可以构成一个线电压为等边三角形 可以继续使用 虽然电压有一定的减小 但是还是一个可以用三相电 。
3.2、单逆变桥 3 电平控制时序 一个单个的逆变桥认为是三电平输出 1-1 零 所以叫三电平逆变 逆变桥输出零伏电压并不是高阻 也就是说只有 1、2 导通 或者是 3、4 导通 这两点认为是零伏 如果你 1、2、3、4 都不导通 那是断路 这样的逆变单元是没有办法进行串联的 它等于把别人给断开了 。
正确的控制方法是
上下桥臂互补 180° 导通 左右桥臂错开相位 也就是排列得挺整齐的 1、2、3、4 。
1、2 导通 1、2 导通被短路了 零电平为 0 。
1、4 导通对角线导通 电平为 1 。
3、4 导通电平为 0 。
2、3 导通电平为 -1 这是三电平逆变 。
我们用三个逆变桥进行串联 那么经过控制可以得到 -3、-2、-1、0、1、2、3 七种电平 。 也就可以把它变成七电平逆变 我们七电平逆变控制时序仿真 三个桥的输出 输出 1、0、-1 都是输出 1、0、-1 错开 30° 相位 最后合成出来了 这么一个七电平的输出信号 。
3.3、大功率设备的功率因数 功率因数的本质是电网容量的利用率 那么对于单一大功率设备 例如我们几千千瓦的变频器 它对电网影响很大 我们在整流级 需要尽可能多地错开相位工作 以提高功率因数 那么对于刚刚我们前面提到的 如果你是三个逆变桥进行串联 这么一种多电平逆变 它前面接的整流桥的电源也是错相位的 3.4、本课小结 交-直-交-直变流的意义 多了这个直流-交流环节的好处是低频交流变成高频交流 虽然都是交流 但是有本质区别 高频化以后器件体积减少效率增高 。
多电平逆变的意义 单个逆变桥是三电平逆变 它通过 SPWM 可以面积等效出正弦波 但是效果不是很好 如果用三个逆变桥进行串联 就可以得到七电平逆变 那么无疑得到的正弦波效果要更好 而且多个单元串联工作可靠性高 它也有助于克服 高压的开关不能串联这个问题 我的三个装置可以串联 但是我的开关不能串联 这就是多电平逆变的意义 。
