逆变器基础认知

逆变器基础认知

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/weixin_45817947/article/details/136272031

逆变器是将直流电转换为交流电的关键设备，在电源转换、新能源利用、储能系统等领域有着广泛的应用。本文将从逆变器的基本概念出发，详细介绍其工作原理、不同类型及其应用场景，帮助读者全面了解这一重要电力电子设备。

逆变器是什么

逆变器是将直流电（通常是蓄电池的电）转为高压交流电（例如380或220，50Hz）的一种电力转换设备。这个过程涉及到逆变桥、控制逻辑和滤波电路等关键组件。

逆变器又称逆变电源，是一种电源转换装置，可将12V或24V的直流电转换成240V、50Hz交流电或其它类型的交流电。它输出的交流电可用于各类设备，最大限度地满足移动供电场所或无电地区用户对交流电源的需要。有了逆变器，就可利用直流电（蓄电池、开关电源、燃料电池等）转换成交流电为电器提供稳定可靠得用电保障，如笔记本电脑、手机、手持PC、数码相机以及各类仪器等；逆变器还可与发电机配套使用，能有效地节约燃料、减少噪音；在风能、太阳能领域，逆变器更是必不可少。小型逆变器还可利用汽车、轮船、便携供电设备，在野外提供交流电源。

逆变器应用场景

1. 电池（如特斯拉电机用到的三相交流电就是通过电池逆变而来，还有UPS不间断电源，户外电源）
2. 太阳能电池板（MPPT最大功率点追踪，将不稳定的太阳能产生的直流电转为交流电）
3. PCS（储能变流器Power Conversion System，用于电网削峰填谷）

逆变器的工作原理

SPWM

了解逆变器之前先认识一下SPWM。SPWM（正弦脉宽调制）是一种常用的逆变器控制技术，通过调整脉冲宽度来模拟正弦波。下面是一个使用查表法产生正弦波的代码示例：

#include "./dac/bsp_dac.h"

//正弦波单个周期的点数
#define POINT_NUM 32
/* 波形数据 ---------------------------------------------------------*/
const uint16_t Sine12bit[POINT_NUM] = {
    2048	, 2460	, 2856	, 3218	, 3532	, 3786	, 3969	, 4072	,
    4093	, 4031	, 3887	, 3668	, 3382	, 3042	, 2661	, 2255	, 
    1841	, 1435	, 1054	, 714	, 428	, 209	, 65	, 3		,
    24		, 127	, 310	, 564	, 878	, 1240	, 1636	, 2048
};
uint32_t DualSine12bit[POINT_NUM];
static void DAC_Config(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    DAC_InitTypeDef  DAC_InitStructure;
    /* 使能GPIOA时钟 */
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);	
    /* 使能DAC时钟 */	
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_DAC, ENABLE);
    /* DAC的GPIO配置，模拟输入 */
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =  GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    /* 配置DAC 通道1 */
    DAC_InitStructure.DAC_Trigger = DAC_Trigger_T2_TRGO;						//使用TIM2作为触发源
    DAC_InitStructure.DAC_WaveGeneration = DAC_WaveGeneration_None;	//不使用波形发生器
    DAC_InitStructure.DAC_OutputBuffer = DAC_OutputBuffer_Disable;	//不使用DAC输出缓冲
    DAC_Init(DAC_Channel_1, &DAC_InitStructure);
    /* 配置DAC 通道2 */
    DAC_Init(DAC_Channel_2, &DAC_InitStructure);
    /* 使能通道1 由PA4输出 */
    DAC_Cmd(DAC_Channel_1, ENABLE);
    /* 使能通道2 由PA5输出 */
    DAC_Cmd(DAC_Channel_2, ENABLE);
    /* 使能DAC的DMA请求 */
    DAC_DMACmd(DAC_Channel_2, ENABLE);
}
static void DAC_TIM_Config(void)
{
    TIM_TimeBaseInitTypeDef    TIM_TimeBaseStructure;
    /* 使能TIM2时钟，TIM2CLK 为72M */
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
    /* TIM2基本定时器配置 */
    // TIM_TimeBaseStructInit(&TIM_TimeBaseStructure); 
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = (500-1);       									//定时周期 20  
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0x00ff;       					//预分频，不分频 72M / (0+1) = 72；
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0x0;    						//时钟分频系数
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  	//向上计数模式
    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);
    /* 配置TIM2触发源 */
    TIM_SelectOutputTrigger(TIM2, TIM_TRGOSource_Update);
    /* 使能TIM2 */
    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}
static void DAC_DMA_Config(void)
{	
    DMA_InitTypeDef  DMA_InitStructure;
    /* 使能DMA2时钟 */
    RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA2, ENABLE);
    /* 配置DMA2 */
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = DAC_DHR12RD_ADDRESS;					//外设数据地址
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)&DualSine12bit ;				//内存数据地址 DualSine12bit
    DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralDST;								//数据传输方向内存至外设
    DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = POINT_NUM;									//缓存大小为POINT_NUM字节	
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;				//外设数据地址固定	
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;							//内存数据地址自增
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Word;			//外设数据以字为单位
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Word;					//内存数据以字为单位	
    DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;									//循环模式
    DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;								//高DMA通道优先级
    DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;									//非内存至内存模式	
    DMA_Init(DMA2_Channel4, &DMA_InitStructure);
    /* 使能DMA2-14通道 */
    DMA_Cmd(DMA2_Channel4, ENABLE);
}
void DAC_Mode_Init(void)
{
    uint32_t Idx = 0;  
    DAC_Config();
    DAC_TIM_Config();	
    
    /* 填充正弦波形数据，双通道右对齐*/
    for (Idx = 0; Idx < POINT_NUM; Idx++)
    {
        DualSine12bit[Idx] = (Sine12bit[Idx] << 16) + (Sine12bit[Idx]);
    }
    DAC_DMA_Config();
}  

半桥逆变电路

半桥逆变电路是一种常见的逆变电路结构，由两个开关管组成，可以产生单相交流电。这种电路结构简单，成本较低，但输出电压幅值受限于电源电压。

单相全桥逆变电路

单相全桥逆变电路由四个开关管组成，可以产生单相交流电。这种电路结构可以输出较高的电压幅值，但成本相对较高。

三相全桥逆变电路

三相全桥逆变电路由六个开关管组成，可以产生三相交流电。这种电路结构广泛应用于电动机驱动等领域，具有较高的效率和可靠性。

BLDC驱动电路

BLDC（Brushless DC）电机驱动电路实际上就是一个逆变电路，这个逆变电路会产生三相的交流电，供给电机驱动。所以实际上直流无刷电机用的是交流电。

光伏MPPT逆变器

光伏逆变器（PV inverter或solar inverter）是一种将光伏（PV）太阳能板产生的可变直流电压转换为市电频率交流电（AC）的逆变器，可以反馈回商用输电系统，或是供离网的电网使用。它是光伏阵列系统中重要的系统平衡（BOS）之一，可以配合一般交流供电的设备使用。

光伏逆变器的主要功能是将太阳电池组件产生的直流电转化为交流电，并入电网或供负载使用。其特点包括具有较高的效率，以最大限度地利用太阳能电池，提高系统效率，以及具有较高的可靠性。

PCS储能变流器

储能变流器PCS（Power Conversion System）在电网削峰填谷、平滑新能源波动，能量回收利用等场合实现能量双向流动，对电网电压频率主动支撑，提高供电电能质量。

储能变流器在电网发电量大，用电量少时，通过AC/DC，将电网多余的交流电转为直流电储存在大电池里；在电网负荷大时，将储存在电池里的电通过DC/AC逆变产生交流电并入电网。前者叫削峰，后者叫填谷。

新能源汽车逆变器

新能源汽车逆变器的核心技术是数字控制技术和功率半导体技术。

1. 数字控制技术（主要是ECU）：逆变器的数字控制技术是其核心之一。由于新能源汽车的运行环境和使用条件复杂多变，逆变器需要实时监测系统变化并进行调整。数字控制器通过精确的计算和控制算法，可以实时监测系统工作状态、调整输出电压和频率等参数，从而确保新能源汽车的稳定和高效运行。

2. 功率半导体技术（主要是IGBT）：逆变器的功率半导体技术主要涉及到绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等功率半导体器件的应用。IGBT作为逆变器的核心器件，负责将高压电池的直流电转换为驱动三相电机的交流电，从而控制电动汽车的性能和效率。IGBT的性能和可靠性直接影响到电动车的功率释放速度、扭矩和最大输出功率等核心指标。因此，功率半导体技术是新能源汽车逆变器实现高效、可靠运行的关键技术之一。