看到這篇文章時,我們已經經歷了交流-直流轉換(AC-DC)、直流-直流轉換(DC-DC)、還剩下直流-交流轉換(DC-AC)和交流-交流轉換(AC-AC)。當我們理解交流-交流轉換(DC-AC)即逆變后,電源所有的大類即已融匯貫通。今天我們來學習全橋逆變。在我們開始學習逆變之前,我們一起回顧一下橋式整流器。
01橋式整流的開關模型
初次提到逆變時,很少有人提到整流,但是我覺得整流不得不提,至于為什么,看完就明白了。
仔細觀察對比兩幅圖,將二極管當作開關,將經過變壓器的正弦波信號用5V和-5V來替換(只關心電壓的正負,不關心大小)。S1、S4對應橋的右上臂和左下臂。
當輸入電壓為正時,S1、S4導通,S2、S3截止,電流從VCC經R1上方流入地。R1兩端電壓為5V。當輸入電壓為負時,S2、S3導通,S1、S4截止,電流從地經R1上方流入VEE,R1兩端電壓還是5V!這就是全橋整流。
可能你們心里想著這我早會了啊,不就是二極管交替導通嘛,和逆變有啥關系,浪費我時間。
現在,請你們再回去看看那幅開關模型圖,去掉VCC和VEE,將R1替換為5V電源,重復剛剛四個開關過程,看S5的右邊產生了什么?+5V和-5V交替的信號,沒錯,交流信號出來了。趁你不注意講完了原理部分。
02全橋逆變的開關管實現
講完了逆變的開關模型,逆變還只能在你腦子里運行,現在我們知道原理,怎么實現呢?用手撥嗎?也行,就是交流信號周期稍微有點長。
還記得我們講過的同步BUCK電路嗎(多半是不記得,文末鏈接可以去復習哦)。算了你們多半是不會去看,我還是PO圖吧。
全橋開關管部分就是兩個同步BUCK電路開關管部分拼在一起。如下圖。
沒搞錯吧,上下兩圖嚴重不符合,那些電阻、電容和二極管是什么鬼東西(阻容濾波和續流二極管等)。我們先給這電路脫點衣服(遇到復雜電路不要怕,抓主干和要害,再分析其他元件作用)如下圖。
左半部分對應開關模型的上半部分,HO1和LO1由驅動芯片產生,邏輯關系相反。HO2和HO1邏輯關系相反。簡單來說,給兩個驅動輸入反相的兩個方波即可達到目的。
03正弦波逆變的產生
現在我們已經初步入門逆變,但是如此產生的逆變輸出為方波信號,不適合帶感性負載。如何得到日常生活中所用的正弦波交流電?如果你對傅里葉變換有所了解,就會知道方波由基波和奇次諧波組成(了解的不用說,不了解的看不懂)。那么這么說吧,多種不同頻率的正弦波可以組成不同的周期信號。50HZ的方波由1×50Hz、3×50Hz、5×50Hz等等正弦波信號組成,那么我們濾除150HZ即以上的正弦波(諧波),就可以得到完美的50Hz正弦波。
以上方法理論可行,實際很少運用,在逆變濾波中一般采用CBB電容,容值基本在10μF以下。設C=10μF。若使用RC濾波,電阻150Ω時截止頻率為106Hz,電源串聯一個150Ω的電阻,輸出1A損耗150W,這家伙比電烙鐵還猛。
用LC濾波吧,接200mH的電感截止頻率112.5,200mH可能沒有啥概念,大電感基本都是以μH做單位。
實際應用中基本采用SPWM驅動信號配合LC濾波器實現正弦波逆變。SPWM具體實現方法請聽下回分解。
你以為講到這就完了?我們再品味一下這幅圖。
是的,它還是全橋整流,如果圖中開關是硅二極管,每次整流壓降為1.4V左右,小電流情況下功耗并不大,但電流大起來就不一樣了。如果我們將開關變為MOS管,再控制其導通截止(如集成驅動LT4320),即可搭建一個“理想整流橋”壓降可達毫伏級。
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