三种逆变器电路图 逆变器的工作模式和应用

一、逆变器的定义

逆变器，又称变流器、反流器，是一种将直流电能（DC）转化为交流电能（AC）的电子设备。通俗地讲，逆变器就是将低压直流电（如12V、24V、48V等）转变为标准交流电（一般为220V、50Hz正弦波）的转换器。由于逆变器的作用与将交流电整流为直流电的过程相反，因此得名。

二、逆变器的工作原理

逆变器的工作原理主要基于电力电子技术和脉宽调制（PWM）技术。其基本过程可以概括为以下几个步骤：

直流电输入：逆变器接收来自电池或蓄电池的直流电作为输入。

整流与转换：输入的直流电经过整流器处理后，进入逆变桥部分。逆变桥是逆变器的核心部件，通过控制开关元件（如IGBT）的通断，将直流电转换为高频的阶段性交流电。

波形调制：利用PWM技术，将阶段性交流电调制为一定频率的正弦波或方波，使其波形接近市电的交流电。

滤波与输出：经过调制的交流电通过滤波电路，滤除高频谐波，得到平滑的交流电输出。

保护与控制：逆变器内部还设有保护系统，确保逆变器在负载变化或故障情况下能够稳定运行，保护逆变器及连接的电器设备。

三、逆变器的工作原理

1、单相半桥逆变器的工作模式

两个晶闸管（S1 和 S2）与两个反馈二极管（D1 和 D2）连接，如下电路图所示。

电源电压分为两个相等的部分。用于了解阻性负载的工作原理。

模式1

在此模式下，晶闸管 S1 导通，S2 关断。电流流动路径为V/2-S1-B-RL-AV/2。

流过负载的电流为B到A方向。负载两端的电压为正V/2。在此模式下，输出产生正周期。

模式2

在此模式下，晶闸管 S2 导通，S1 关断。电流流动路径为V/2-A-RL-B-S2-V/2。

流经负载A到B方向的电流。负载两端的电压为负V/2。在此模式下，输出产生负周期。

2、单相全桥逆变器的工作模式

在全桥逆变器中，使用了四个晶闸管和四个反馈二极管。将一个直流电源应用于电路。

在半桥逆变器中，一次有一个开关导通。在全桥逆变器中，两个开关同时导通。

模式1

在此模式期间，晶闸管 S1 和 S2 导通，晶闸管 S3 和 S4 关断。电流流动路径为V-S1-A-RL-B-S2-V。

流过负载的电流从A流向B，形成正半周。

模式2

晶闸管S3和S4导通，晶闸管S1和S2关断。电流流动路径为V-S3-B-RL-A-S4-V。

流过负载的电流从B流向A，形成输出的负半周。

四、逆变器的结构组成

逆变器主要由逆变桥、控制逻辑和滤波电路三大部分组成：

逆变桥：由多个开关元件（如IGBT）组成，负责将直流电转换为交流电。

控制逻辑：通过微处理器或数字信号处理器（DSP）实现逆变器的智能控制，包括PWM波形生成、保护逻辑处理等。

滤波电路：用于滤除交流电中的高频谐波，提高输出电能的质量。

此外，逆变器还可能包含输入滤波器、输出隔离变压器等辅助部件，以提高系统的整体性能和安全性。

五、逆变器的应用领域

逆变器因其广泛的应用领域而备受关注。以下是一些主要的应用领域：

家电领域：逆变器在家电领域的应用非常广泛，如电视机、冰箱、洗衣机、空调等。逆变器能够将直流电源转化为交流电源，为这些电器提供所需的电源，并在电力波动时保持电器的稳定运行。

汽车领域：在汽车中，逆变器可以将汽车电池的直流电转化为交流电，为电动车窗、空调、音响等设备提供电源。此外，逆变器还可以在汽车启动时提供大电流，为发动机提供足够的启动电流。

通信领域：逆变器在通信领域的应用也十分重要。它可以将直流电源转化为交流电源，为电话、手机、传真机等通信设备提供所需的电源，并在通信设备出现故障时提供备用电源，保证通信的可靠性。

工业领域：在工业领域，逆变器被广泛应用于数控机床、自动化生产线等机械设备中。逆变器能够将直流电源转化为交流电源，为这些设备提供所需的电源，并提高生产效率和质量。

航空领域：在航空领域，逆变器同样扮演着重要角色。它可以将飞机上的直流电源转化为交流电源，为雷达、导航系统等航空设备提供所需的电源。逆变器的轻便性和稳定性对于提高航空设备的使用效率和安全性至关重要。

六、三种逆变器电路图

1、使用6个晶体管的简单30瓦逆变器电路图

在本教程中，我们将制作一个“使用 6 个晶体管的简单 30 瓦逆变器电路”。

功率逆变器是一种将直流电 (DC) 转变为交流电 (AC) 的电力电子设备或电路。假设您是汽车、船或其他具有足够可用空间的车辆的所有者，并且希望能够在船上看电视、做饭、为笔记本电脑供电，或者想要在山上度过一段时光。您将需要一个电源逆变器。它们是将车辆电池的直流电 (DC) 转换为交流电 (AC) 的设备。它增加直流电压并将其变为交流电压，然后用它为您的设备供电。这是一个简单的 30 瓦逆变器电路，它将 12V 电池的直流电压转换为 50Hz 的交流 220V-230V，与您家里使用的电力相同。 

逆变器电路图

在这个电路中，我们需要一个具有高功率、正负两部分的波形。因此，我们应该使用一个中心抽头变压器和两个具有相同电气特性的放大器组。

Q3和Q4是预驱动放大器，使用了许多NPN类型的数字。所以，我们选择2SC1815。 Q5、Q6是高输出驱动放大器晶体管。我们选择了2SD313，因为它具有大于1A的大电流收集器并且价格便宜。您还可以使用 H1061 或 TIP41 以获得更好的质量（高电流和电压）。 R5、R6是电阻，提供电流给Q3、Q5和Q4、Q6的基极偏置。

当Q1导通电流时，结果对Q2不起作用。因此电流流过R4、R6为Q4提供偏置电流，Q6导通电流。结果是从电池到变压器线圈的电流。但当 Q1 停止时，Q2 就会工作。于是电流流经R1、R5，提供电流，触发Q3、Q5导通电流。因此，来自电池的电流改为流经另一个变压器线圈。大功率时通过变压器正负切换产生电感。变压器以 50Hz 的频率将电压从 12V AC 增加到 220V AC。

D1和D2是二极管，保护变压器工作免受噪声影响。 D3是保护二极管。如果D3极性连接错误。负电压将流经 D3。使电路安全。但 D3 可能短路并且 F1 保险丝熔断。 F1是过流保护1A的保险丝，极性接错，F1也会熔断。当220V 50Hz 电源完全接通时，LED1 通电显示。 R7 的作用是减少 LED1 的电流。 D4 适当设置 LED1 的极性。

2、使用CD4047的12V DC到220V AC逆变器电路图

逆变器电路将直流（DC）电源转换为交流（AC）电源。它使用晶体管、MOSFET或IGBT等开关器件和变压器，快速接通和断开直流电源，使变压器线圈产生变化的磁通量，从而切割变压器的另一侧绕组，通过电磁感应产生高压交流电。这里的 12V DC 至 220V AC逆变器电路使用CD4047 CMOS 低功耗多谐振荡器 IC，设计有少量易于使用的外部元件。它可以用作备用电源、充电电池应急电源、或太阳能发电系统等。

您可以通过下图了解典型的逆变器电路操作，正如您所看到的，逆变器电路中的变压器应具有较少的初级绕组和较多的次级绕组。

对于低功率应用，普通降压变压器可以反向使用（次级作为输入侧，初级作为输出侧）。为了实现高效率，我们需要使用规格正确的专用逆变变压器。

逆变器电路图

该简单逆变器电路旨在实现 200Vac 至 230Vac 输出，以在断电或紧急情况下驱动灯泡、灯管或风扇等低瓦电器。

这里我们使用 230V AC 转 12-0-12V AC 降压变压器（中心抽头）并将其反向连接。功率晶体管 TIP31C NPN 用作开关器件，该 NPN 功率晶体管采用 TO-220 塑料封装，可处理集电极到发射极 (VCE) 端子之间的 100V 电压。具有集电极电流Ic=3A、基极电流IB =1A的能力。

该逆变器电路的下一个主要部分是开关频率振荡器。这里使用 CD4047 IC 在 Q 和 Q bar引脚中振荡连续方波脉冲。取决于定时组件 RV1 和 C1，通过改变微调电位器 RV1，我们可以调整振荡频率，从而调整变压器的输出交流电压。

逆变电路用于将低压直流电源转换为高压交流电源输出。通过使用该电路，我们可以在电源中断或故障情况下驱动灯泡或风扇等交流电器。为了实现这一点，我们需要有12V充电电池，以提供直流电源输入。这款简单的 IC 555 逆变器电路采用最少的组件设计，可降低设计成本和复杂性。

3、使用定时器IC555的逆变器电路图

在这里，我们将利用变压器次级绕组中的感应磁通量在变压器初级绕组中感应出高电压。我们知道，降压变压器的初级绕组数量较多，次级绕组数量较少。因此，我们将像次级绕组一样反转该变压器作为输入，在输入（+12V）直流电源和开关脉冲的帮助下产生磁通量，然后将初级绕组作为输出，在电磁感应的帮助下感应高电压。

逆变器电路图

这个简单的逆变器电路涉及处理输出端的高压交流电源，因此请务必小心处理。

为了在线圈中产生变化的（交变）磁通量，我们需要以更高的频率通过线圈接通和断开电源。为此，我们使用功率晶体管 TIP31C 作为开关，使用定时器 IC 555 作为高频脉冲振荡器件。

这里，定时器 IC 555 配置为非稳态多谐振荡器模式，并根据定时电阻器 R1、RV1 和定时电容器 C1 产生高频脉冲输出。使用555 Astable Multivibrator Calculator进行不同定时元件值的频率输出计算。该逆变器电路产生 RV1（可变电阻值）范围为 20KΩ 至 10KΩ 的脉冲频率（3 KHz 至 8 KHz）。

当电源应用于该电路时，在IC 555部分，电容器C1通过串联组合电阻器R1和RV1向Vcc充电。一旦 C1 电容器两端的电压达到 2/3 Vcc，则上部比较器（阈值）将设置内部触发器 555，并将引脚 3 中的输出设置为高电平。在此期间，电容器 C1 通过 RV1（放电引脚）放电。当 C1 电容器充电达到 1/3 Vcc 时，下部比较器将复位 555 的内部触发器，并将引脚 3 中的输出设置为低电平。电容器 C1 再次开始充电，并且重复此循环以产生高电平、低电平定时脉冲。引脚 3 的脉冲输出通过反向保护二极管 1N4007 连接到并联晶体管 TIP31C 设置。这两个 TIP31C 晶体管充当具有高电流能力的开关，并使次级变压器线圈相对于基本输入脉冲频率打开和关闭。

由于磁通量变化较大，初级线圈产生电磁感应并产生 210 伏至 230 伏的高交流电压，并且可以通过改变 VR1 值来改变。请记住，555 的输出频率应在 3 KHz 至 8 KHz 之间，在连接交流负载之前，请务必使用数字万用表检查初级侧的输出电压。该电路提供高压交流输出，因此请务必小心处理，以避免致命的电击。