沃尔德实业：单相全桥逆变电路动作过程讲解~

≡ 全桥逆变电路基本工作原理是：

1) 0−t1 时间段开关 T1 和 T4 闭合，负载电压为正；

2) t1−T 时间段开关 T3 和 T2 闭合，负载电压为负。

其负载电流的变化在电阻负载下是与电压同相位的，但若是阻感负载，电流的基波滞后于电压的基波并且因为负载电感的存在，其负载电流的变化不是瞬时的，而是一个逐渐增大减小的过程，最终反映在电阻上的电压波形就是跟随阻感负载的电流变化的。

全桥逆变电路是单相逆变电路中应用最多的，单相电压型全桥式逆变电路拓扑结构如图3所示，由两个半桥电路组成。

把T1与D1组成的桥臂1和T4与D4组成的桥臂4作为一对，T2与D2组成的桥臂2和T3与D3组成的桥臂3作为一对，成对的两个桥臂同时导通，两对交替各导通180°。

全桥逆变电路是单相逆变电路中应用最为广泛的，对其电压波形做定量分析，将幅值为Ud的矩形波uo展开成傅里叶级数得：

其中，基波幅值U0lm和有效值分别为：

以上分析的都是uo为正负电压各为180°脉冲时的情形，在这种情况下要改变输出交流电压的有效值，只能通过改变幅值Ud来实现。

图2：单相全桥逆变电路

图3：单相逆变电路输出波形

≡ 全桥逆变器的工作过程：

◇ 步骤 1：当开关 T1、T4闭合 T2、T3 断开。电流途径是：T1→L→R →T4 ，该电流方向仍是由左往右。

◇ 步骤 2：故R、L两端的电压Vo=Vd。

当开关 T1、T4 断开T2、T3 闭合时，开关 T2、T3 不能立即闭合，且在这一瞬间电感电流的方向不能突变，此时电流流过 T2 、T3反并联的二极管续流；电流途径是：D2→L→R →D3 ，该电流方向仍是由左往右。故R、L两端的电压Vo=-Vd。

◇ 步骤 3：电感电流过零后开关 T2、T3 闭合，电感电流反向流过开关 T2、T3 ；电流途径是：T2→R→L →T3 ，该电流方向仍是由右往左。故R、L两端的电压Vo=Vd。

◇ 步骤 4：当开关 T2 、T3断开 T1、T4 再次闭合时，同理开关 T1、T4 不能立即闭合，同前述分析电感电流的方向不能突变，电流流过 T1 、T4反并联的二极管续流，之后的周期重复上述过程。电流途径是：D4→R→L →D1 ，该电流方向仍是由右往左。故R、L两端的电压Vo=-Vd。

t4时刻以后，电路重复上述工作过程。

≡ 例1：用于光伏发电的逆变器

太阳能发电站，必须将直流电源向交流电网供电，这就需要逆变电路，在光伏发电中逆变器是不可或缺的关键器件之一。

 图4：太阳能发电站

图5：太阳能发电逆变器外观图

图6：太阳能发电逆变器内观图

≡ 例2：用于户外储能的逆变器

最近一段时间，新能源储能的一个分支—户外储能，在全球市场突然爆火，便携储能市场快速增长。公开资料显示，过去 4 年里，便携储能市场规模增长了 23 倍，未来几年，业内普遍预期，便携储能还将处于高速成长期。

GGII 统计数据显示，2021 年全年规模达到 111.3 亿元，中国便携式储能产品产量占全球比例达到了 91.9%。研究机构预计，未来五年储能市场将以每年 48% 的增速复合增长，预计到 2026 年达到 800 亿元。年销百亿的独角兽，将在不远的将来从中国诞生。

图7：户外储能外观及内观图

逆变电路的应用非常广泛。在已有的各种电源中，蓄电池、干电池、太阳能电池等都是直流电源，当需要这些电源向交流负载供电时，就需要逆变电路。

另外，交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源等电力电子装置使用非常广泛，其电路的核心部分都是逆变电路。

电路中都使用具有开关特性的半导体功率器件，由控制电路周期性地对功率器件发出开关脉冲控制信号，控制多个功率器件轮流导通和关断，再经过变压器耦合升压或降压后，整型滤波输出符合要求的交流电。

所以了解全桥逆变电路动作过程，有助于满足工业生产建设中的各种需求。