逆變器是一種至關重要的電源轉換裝置，主要由逆變橋、控制邏輯和濾波電路等組成。其核心作用在于將直流電源轉換為交流電源，從而滿足各種需要交流電能的電器設備的運行需求。

從結構上來看，逆變器的各個組成部分都有著特定的功能。逆變橋負責實現直流到交流的轉換，通過一系列復雜的電子開關操作，將直流電轉化為具有特定頻率和波形的交流電?？刂七壿媱t精確地控制著逆變橋的工作狀態，確保輸出的交流電穩定可靠，無論是電壓還是頻率都能保持在合適的范圍內。濾波電路的作用也不可小覷，它能夠去除輸出交流波形中的雜波和噪聲，為電器設備提供更為純凈、穩定的交流電壓輸出。

逆變器廣泛適用于多個領域。在家庭中，空調、家庭影院、電動砂輪、電動工具、縫紉機、DVD、VCD、電腦、電視、洗衣機、抽油煙機、冰箱，錄像機、按摩器、風扇、照明等電器設備都需要交流電才能正常工作，而逆變器就可以將電池等直流電源轉換為這些設備所需的交流電能。在汽車領域，逆變器的作用同樣重要。汽車逆變器可以讓車主在車內使用各種用電設備，如手機充電、使用筆記本和游戲機以及電動工具等，相比點煙器的小電源來說，使用更加方便。太陽能領域中，太陽能逆變器分為離網太陽能發電逆變器和并網太陽能發電逆變器。離網太陽能發電逆變器主要用于偏遠沒有家庭用電的地區以及單獨的家庭用戶，并網太陽能發電逆變器主要用于沙漠電站和城市屋頂發電系統。太陽能逆變器通過全橋電路和 SPWM 的處理器經過調制、濾波以及升壓等中間系統得到正弦交流電，為終端客戶提供電能，是光伏風力發電系統的核心部件。

此外，逆變器還可根據不同的應用場景進行分類。普通型逆變器通常是直流 12V 或 24V 輸入，交流 220V、50Hz 輸出，功率為 75~5000W，有些型號還具有交 - 直流轉換（UPS）功能。逆變 - 充電一體逆變器可以使用各種形式的電源為交流負載供電，當有交流電時，可采用交流電為負載供電或為蓄電池充電；當無交流電時，將蓄電池的電能逆變為交流電為交流負載供電。通信專用逆變器為通信提供高品質的 48V 電源，性能好、可靠性高，采用模塊式結構并具有保護功能和可擴充性。航空、軍隊專用逆變器為直流 28V 輸入，可提供不同的交流輸出電壓和頻率，輸出功率范圍也較廣。光伏發電逆變器按光伏發電方式分為獨立光伏發電系統逆變器和并網光伏發電系統逆變器。按照輸出波形，又可分為方波逆變器等，方波逆變器電路比較簡單，使用的功率開關管數量少。

二、逆變器的歷史發展

逆變器的發展歷程源遠流長，其技術的不斷進步為現代電力應用提供了強大的支持。

1931 年文獻中提到逆變器技術，20 世紀 60 年代原理被發現。這一時期為逆變器技術的萌芽階段，為后續的發展奠定了理論基礎。

1948 年美國西屋公司用汞弧整流器得到 3000Hz 感應加熱的變頻方法。這一創新為逆變器的實際應用邁出了重要的一步，雖然當時的逆變器體積大且可靠性差，但為后續的技術改進提供了方向。

1957 年可控硅問世，逆變器開始有所進展。隨著可控硅產量和質量的提高，到 1960 年以后逆變器的應用開始得到普遍推廣。可控硅的出現使得逆變器的性能得到了顯著提升，體積減小，可靠性增加。

1981 - 2000 年為高頻化新技術階段。這個階段的特點是以開關器件以高速器件為主，逆變器的開關頻率較高，波形改善以 PWM 為主，體積重量小，逆變效率高，正弦波逆變技術的發展日趨完善。這一時期的技術進步使得逆變器在各個領域的應用更加廣泛。

2000 年至今為高效低污染階段。這個階段的特點是以逆變器的綜合性能為主，低速與高速開關器件并用，多重疊加法與 PWM 法并用，不再單純追求高速開關器件應用與高開關頻率，著重于高效環保的逆變技術。這一階段的逆變器更加注重能源的高效利用和對環境的友好性，以滿足現代社會對可持續發展的需求。

三、逆變器的基本結構

逆變器一般由 DCDC 升壓電路、DC/AC 逆變電路、邏輯控制、濾波電路等組成，各個部分協同工作，實現直流電到交流電的高效轉換。

1. DCDC 升壓電路

DCDC 升壓電路在逆變器中起著至關重要的作用。由于高頻變壓器的功率與體積成正比關系，為減小變壓器的體積，通常采用多個變壓器共同升壓的方式，把大功率均勻地分配到每個變壓器上。比如，采用 4 個相同變壓器初級線圈等效并聯、次級線圈串聯的方式組成升壓電路，理論上每組變壓器承載的功率為 250W，負責輸出 90V 的高頻脈沖電壓。

推挽電路中因為變壓器的存在，會出現偏磁現象。所以在設計時要保證電路中的開關器件有充足的電流裕量，防止電路中電流突然變大燒壞器件。此電路中主要包含功率開關器件、高頻變壓器、整流二極管等元器件。推挽電路先將輸入的低壓直流電逆變升壓成高壓交流電，然后通過整流橋和濾波后得到 360V 的高壓直流電。推挽電路前級電路的輸入電壓為 24V，變換后輸出功率為 1000W，開關器件的工作頻率為 25kHz。當變壓器上端的 2 個 MOSFET 打開時，下端的 2 個 MOSFET 關斷，由于變壓器激勵作用，此時下端的 2 個 MOSFET 的柵 - 漏極電壓為輸入電壓的 2 倍，下端導通時則相反。高頻變壓器是升壓電路中重要的器件，在電路中不僅負責能量傳遞，同時也起到隔離的作用。高頻變壓器設計時主要考慮磁芯材料、磁芯型號、初 / 次級線圈匝數以及線圈線徑等方面。

2. DC/AC 逆變電路

后級 DC/AC 逆變電路結構中，開關器件的通斷由 DSP 輸出信號控制。全橋逆變電路中，為了保護元器件，不允許同一橋臂的開關在同一時刻導通。通過 2 對開關器件交替導通的方式轉換直流電壓并輸出逆變電壓，逆變電壓經過 LC 濾波器輸出交流電。

3. 邏輯控制

邏輯控制部分確保逆變器各個電路的有序運行。它精確地控制著開關器件的導通和關斷時間，以實現輸出交流電的穩定和可靠。

4. 濾波電路

濾波電路用于去除輸出交流波形中的雜波和噪聲，為電器設備提供更為純凈、穩定的交流電壓輸出。通常由電感和電容組成的低通濾波器能夠有效地平滑輸出波形，提高電能質量。

此外，逆變器還包括輸入接口、輸出接口、電壓啟動回路、PWM 控制器、MOS 開關管、直流變換回路、反饋回路、LC 振蕩及輸出回路、過流過壓保護電路、溫度保護電路等。輸入接口部分通常有 3 個信號，包括 12V 直流輸入電壓、工作控制電壓和 Panel 電流控制信號。直流輸入電壓由 Adapter 輸出的直流提供，工作控制電壓由主板上的控制芯片提供，當工作控制電壓為 0 時，逆變器不工作，而工作控制電壓為 3V 時，逆變器處于正常工作狀態。電流控制信號電壓由主板提供，其變化范圍在 0～5V 之間，將不同的電流控制信號值反饋給 PWM 控制器反饋端，逆變器向負載提供的電流也將不同，電流控制信號值越小，逆變器輸出的電流就越大。

電壓啟動回路在工作控制電壓為高電平時，輸出高壓去點亮 Panel 的背光燈燈管。PWM 控制器有內部參考電壓、誤差放大器、振蕩器和 PWM、過壓保護、欠壓保護、短路保護、輸出晶體管等功能組成。直流變換由 MOS 開關管和儲能電感組成電壓變換電路，輸入的脈沖經過推挽放大器放大后驅動 MOS 管做開關動作，使得直流電壓對電感進行充放電，這樣電感的另一端就能得到交流電壓。LC 振蕩及輸出回路保證燈管啟動需要的 1500V 電壓，并在燈管啟動以后將電壓降至 800V。輸出電壓反饋部分當負載工作時，反饋采樣電壓，起到穩定逆變器電壓輸出的作用。

四、逆變器的工作原理

逆變器作為一種將直流電轉換為交流電的關鍵設備，其工作原理主要涉及 DC/DC 升壓電路、DC/AC 逆變電路以及控制器等部分。

1. DC/DC 升壓電路

逆變器中的 DC/DC 升壓電路通常采用多個變壓器共同升壓的方式，把大功率均勻分配到每個變壓器上。這樣可以減小變壓器的體積，提高效率。例如，采用 4 個相同變壓器初級線圈等效并聯、次級線圈串聯的方式組成升壓電路，理論上每組變壓器承載的功率為 250W，負責輸出 90V 的高頻脈沖電壓。

在推挽電路中，由于變壓器的存在會出現偏磁現象。因此，在設計時要保證開關器件有充足的電流裕量，防止電路中電流突然變大燒壞器件。此電路中主要包含功率開關器件、高頻變壓器、整流二極管等元器件。推挽電路先將輸入的低壓直流電逆變升壓成高壓交流電，然后通過整流橋和濾波后得到 360V 的高壓直流電。推挽電路前級電路的輸入電壓為 24V，變換后輸出功率為 1000W，開關器件的工作頻率為 25kHz。當變壓器上端的 2 個 MOSFET 打開時，下端的 2 個 MOSFET 關斷，由于變壓器激勵作用，此時下端的 2 個 MOSFET 的柵 - 漏極電壓為輸入電壓的 2 倍，下端導通時則相反。

高頻變壓器在電路中不僅負責能量傳遞，同時也起到隔離的作用。高頻變壓器設計時主要考慮磁芯材料、磁芯型號、初 / 次級線圈匝數以及線圈線徑等方面。

2. DC/AC 逆變電路

后級 DC/AC 逆變電路中，開關器件的通斷由 DSP 輸出信號控制。在全橋逆變電路中，為了保護元器件，不允許同一橋臂的開關在同一時刻導通。通過兩對開關器件交替導通的方式轉換直流電壓并輸出逆變電壓，逆變電壓經過 LC 濾波器輸出交流電。

3. 控制器

系統采用開關電源控制器對升壓電路的輸出電壓進行調節。將輸出電壓與參考電壓進行比較，獲得誤差信號輸入控制器，由控制器調節 PWM 驅動信號的占空比，完成整流輸出電壓的閉環控制。這樣可以確保輸出的交流電穩定可靠，無論是電壓還是頻率都能保持在合適的范圍內。

五、逆變器的主要分類

1. 按照應用

普通型逆變器：直流 12V 或 24V 輸入，交流 220V、50Hz 輸出，功率為 75~5000W，有些型號還具有交 - 直流轉換（UPS）功能，廣泛應用于家庭及一些小型商業場所，為眾多電器設備提供交流電能。

逆變 - 充電一體逆變器：可使用各種形式的電源為交流負載供電，當有交流電時，可采用交流電為負載供電或為蓄電池充電；當無交流電時，將蓄電池的電能逆變為交流電為交流負載供電，為用戶提供了極大的便利，適用于多種場景，如房車等。

通信專用逆變器：為通信提供高品質的 48V 電源，性能好、可靠性高，采用模塊式結構并具有保護功能和可擴充性，主要應用于郵電通信領域，為各種通信設備提供穩定的電力支持。

航空軍隊專用逆變器：為直流 28V 輸入，可提供不同的交流輸出電壓和頻率，輸出功率范圍也較廣，滿足航空和軍隊領域對特定電源的嚴格要求。

光伏發電逆變器：分為離網光伏發電逆變器和并網光伏發電逆變器。離網光伏發電逆變器主要用于偏遠沒有家庭用電的地區以及單獨的家庭用戶；并網光伏發電逆變器主要用于沙漠電站和城市屋頂發電系統，是光伏風力發電系統的核心部件。

2. 按照輸出波形

方波逆變器：電路比較簡單，使用的功率開關管數量少。輸出的交流電壓波形為方波，優點是線路簡單、價格便宜、維修方便；缺點是由于方波電壓中含有大量高次諧波，在帶有鐵心電感或變壓器的負載用電器中將產生附加損耗，對收音機和某些通訊設備有干擾，此外，調壓范圍不夠寬，保護功能不夠完善，噪聲比較大。

六、逆變器的作用

將直流電轉換為交流電，廣泛適用于空調、家庭影院、電動工具等各種電器設備。

逆變器作為一種關鍵的電力轉換裝置，能夠將直流電轉換為交流電，滿足眾多電器設備的運行需求。例如，在家庭中，空調需要交流電來驅動壓縮機進行制冷或制熱；家庭影院中的音響設備、投影儀等也都依賴交流電才能正常工作；電動工具如電鉆、電鋸等同樣需要交流電提供動力。逆變器通過高效的電力轉換，為這些電器設備提供了穩定可靠的交流電源，使其能夠在各種場景下正常運行。

在太陽能發電系統中，將太陽能電池板輸出的直流電轉換為符合國家標準的交流電，注入到電網中。

在太陽能發電系統中，逆變器起著至關重要的作用。太陽能電池板產生的是直流電，而電網需要的是交流電。逆變器能夠將太陽能電池板輸出的直流電轉換為符合國家標準的交流電，實現太陽能發電與電網的連接。這樣，家庭或企業用戶可以將太陽能發電系統產生的電能回饋到電網中，不僅可以滿足自身的用電需求，還可以將多余的電能出售給電網，實現能源的高效利用和可持續發展。

在風力發電系統中，將風力發電機輸出的電流轉換為交流電。

在風力發電系統中，逆變器同樣扮演著關鍵角色。風力發電機產生的電流通常是不穩定的直流電或交流電，需要通過逆變器進行轉換和穩定。逆變器可以將風力發電機輸出的電流轉換為符合電網要求的交流電，確保風力發電系統能夠穩定地向電網輸送電能。同時，逆變器還可以對風力發電機的輸出進行功率調節和控制，提高風力發電系統的效率和可靠性。

可以在電網電源不可用的情況下，提供需要的交流電源，保障重要電力設備的持續運行。

當電網電源出現故障或不可用時，逆變器可以作為備用電源發揮重要作用。例如，在一些重要的醫療機構、通信基站、數據中心等場所，需要保證電力設備的持續運行。逆變器可以利用蓄電池等直流電源，將其轉換為交流電，為這些重要的電力設備提供應急電源，確保關鍵業務的不間斷運行。此外，在一些偏遠地區或野外作業場所，電網覆蓋不到，逆變器也可以為各種設備提供交流電源，滿足生產和生活的需求。

作為變頻器，實現由直流電源驅動的電動機無極變速控制，達到節能降耗的目的。

逆變器還可以作為變頻器使用，實現對電動機的無極變速控制。在工業生產中，許多電動機需要根據不同的生產工藝要求進行調速。傳統的調速方式往往效率低下，浪費能源。而逆變器可以通過控制直流電源的輸出，實現電動機的無極變速控制，使電動機在不同的轉速下運行，從而達到節能降耗的目的。同時，逆變器還可以提高電動機的運行穩定性和可靠性，延長電動機的使用壽命。

根據負載工作性質實現電源電壓和電流的控制，提高電源效率和性能。

逆變器可以根據負載的工作性質，對電源電壓和電流進行精確控制。不同的負載對電源的要求不同，有些負載需要高電壓、低電流，有些負載則需要低電壓、高電流。逆變器可以通過調整輸出電壓和電流，滿足不同負載的需求，提高電源的效率和性能。例如，在一些電子設備中，需要穩定的電源電壓和電流來保證設備的正常運行。逆變器可以通過精確的控制，為這些設備提供穩定的電源，提高設備的可靠性和性能。

七、逆變器的用途和使用場景

逆變器作為一種重要的電力轉換設備，在多個領域都有著廣泛的用途和使用場景。

太陽能電池板：太陽能是一種清潔、可再生的能源，太陽能電池板能夠將太陽能轉換為直流電能。然而，家庭供電和商業用電通常需要交流電能，這時逆變器就發揮了關鍵作用。它將太陽能電池板產生的直流電能轉化為交流電能，使得太陽能產生的電力可以方便地用于家庭和商業場所，為人們的生活和工作提供穩定的電力支持。

風力發電：風力渦輪機產生的是三相交流電，但家庭和工商業使用的通常是單相電。逆變器可以將風力渦輪機產生的三相交流電轉換為家庭和工商業使用的單相電，滿足不同用戶的用電需求。通過逆變器的轉換，風力發電產生的電能可以更加高效地被利用，為人們的生產和生活提供綠色能源。

家庭用電：在一些特殊情況下，如使用太陽能電池板或風力發電機發電時，產生的是直流電。而家庭中大多數電器設備都需要交流電才能正常工作。逆變器可以將這些直流電轉換為交流電，為家庭用電提供穩定的電源。無論是在偏遠地區還是在追求綠色能源的家庭中，逆變器都能發揮重要作用，確保家庭電器設備的正常運行。

單相電壓供電的電器：空調、制冷機、照明等單相電壓供電的電器在人們的日常生活中不可或缺。逆變器可以為這些電器提供穩定的電源，確保它們能夠正常運行。在一些特殊場合，如停電時或者在沒有電網覆蓋的地區，逆變器可以利用蓄電池等直流電源為這些電器供電，為人們的生活帶來便利。

醫療器械：在醫療領域，逆變器也有著廣泛的應用。醫用電動床、手術燈、醫療光源等醫療器械需要穩定的電源才能正常工作。逆變器可以將直流電轉換為交流電，為這些醫療器械提供可靠的電力支持。逆變器的穩定性和可靠性對于醫療設備的正常運行至關重要，它能夠確保醫療過程的安全和順利進行。

工業自動化控制：在工業自動化控制領域，逆變器同樣發揮著重要作用。電機控制、變頻調速等領域需要精確的電力控制，逆變器可以實現對電機的無極變速控制，達到節能降耗的目的。同時，逆變器還可以根據負載的工作性質實現電源電壓和電流的控制，提高電源的效率和性能，為工業生產提供穩定、高效的電力支持。

朗凱威 www.langkawipower.com

時間 2024/12/05

審核編輯 黃宇