逆变器是什么？

逆变器是一种至关重要的电源转换装置，主要由逆变桥、控制逻辑和滤波电路等组成。其核心作用在于将直流电源转换为交流电源，从而满足各种需要交流电能的电器设备的运行需求。

从结构上来看，逆变器的各个组成部分都有着特定的功能。逆变桥负责实现直流到交流的转换，通过一系列复杂的电子开关操作，将直流电转化为具有特定频率和波形的交流电。控制逻辑则精确地控制着逆变桥的工作状态，确保输出的交流电稳定可靠，无论是电压还是频率都能保持在合适的范围内。滤波电路的作用也不可小觑，它能够去除输出交流波形中的杂波和噪声，为电器设备提供更为纯净、稳定的交流电压输出。

逆变器广泛适用于多个领域。在家庭中，空调、家庭影院、电动砂轮、电动工具、缝纫机、DVD、VCD、电脑、电视、洗衣机、抽油烟机、冰箱，录像机、按摩器、风扇、照明等电器设备都需要交流电才能正常工作，而逆变器就可以将电池等直流电源转换为这些设备所需的交流电能。在汽车领域，逆变器的作用同样重要。汽车逆变器可以让车主在车内使用各种用电设备，如手机充电、使用笔记本和游戏机以及电动工具等，相比点烟器的小电源来说，使用更加方便。太阳能领域中，太阳能逆变器分为离网太阳能发电逆变器和并网太阳能发电逆变器。离网太阳能发电逆变器主要用于偏远没有家庭用电的地区以及单独的家庭用户，并网太阳能发电逆变器主要用于沙漠电站和城市屋顶发电系统。太阳能逆变器通过全桥电路和 SPWM 的处理器经过调制、滤波以及升压等中间系统得到正弦交流电，为终端客户提供电能，是光伏风力发电系统的核心部件。

此外，逆变器还可根据不同的应用场景进行分类。普通型逆变器通常是直流 12V 或 24V 输入，交流 220V、50Hz 输出，功率为 75~5000W，有些型号还具有交 - 直流转换（UPS）功能。逆变 - 充电一体逆变器可以使用各种形式的电源为交流负载供电，当有交流电时，可采用交流电为负载供电或为蓄电池充电；当无交流电时，将蓄电池的电能逆变为交流电为交流负载供电。通信专用逆变器为通信提供高品质的 48V 电源，性能好、可靠性高，采用模块式结构并具有保护功能和可扩充性。航空、军队专用逆变器为直流 28V 输入，可提供不同的交流输出电压和频率，输出功率范围也较广。光伏发电逆变器按光伏发电方式分为独立光伏发电系统逆变器和并网光伏发电系统逆变器。按照输出波形，又可分为方波逆变器等，方波逆变器电路比较简单，使用的功率开关管数量少。

二、逆变器的历史发展

逆变器的发展历程源远流长，其威廉希尔官方网站 的不断进步为现代电力应用提供了强大的支持。

1931 年文献中提到逆变器威廉希尔官方网站 ，20 世纪 60 年代原理被发现。这一时期为逆变器威廉希尔官方网站 的萌芽阶段，为后续的发展奠定了理论基础。

1948 年美国西屋公司用汞弧整流器得到 3000Hz 感应加热的变频方法。这一创新为逆变器的实际应用迈出了重要的一步，虽然当时的逆变器体积大且可靠性差，但为后续的威廉希尔官方网站 改进提供了方向。

1957 年可控硅问世，逆变器开始有所进展。随着可控硅产量和质量的提高，到 1960 年以后逆变器的应用开始得到普遍推广。可控硅的出现使得逆变器的性能得到了显著提升，体积减小，可靠性增加。

1981 - 2000 年为高频化新威廉希尔官方网站 阶段。这个阶段的特点是以开关器件以高速器件为主，逆变器的开关频率较高，波形改善以 PWM 为主，体积重量小，逆变效率高，正弦波逆变威廉希尔官方网站 的发展日趋完善。这一时期的威廉希尔官方网站 进步使得逆变器在各个领域的应用更加广泛。

2000 年至今为高效低污染阶段。这个阶段的特点是以逆变器的综合性能为主，低速与高速开关器件并用，多重叠加法与 PWM 法并用，不再单纯追求高速开关器件应用与高开关频率，着重于高效环保的逆变威廉希尔官方网站 。这一阶段的逆变器更加注重能源的高效利用和对环境的友好性，以满足现代社会对可持续发展的需求。

三、逆变器的基本结构

逆变器一般由 DCDC 升压电路、DC/AC 逆变电路、逻辑控制、滤波电路等组成，各个部分协同工作，实现直流电到交流电的高效转换。

1. DCDC 升压电路

DCDC 升压电路在逆变器中起着至关重要的作用。由于高频变压器的功率与体积成正比关系，为减小变压器的体积，通常采用多个变压器共同升压的方式，把大功率均匀地分配到每个变压器上。比如，采用 4 个相同变压器初级线圈等效并联、次级线圈串联的方式组成升压电路，理论上每组变压器承载的功率为 250W，负责输出 90V 的高频脉冲电压。

推挽电路中因为变压器的存在，会出现偏磁现象。所以在设计时要保证电路中的开关器件有充足的电流裕量，防止电路中电流突然变大烧坏器件。此电路中主要包含功率开关器件、高频变压器、整流二极管等元器件。推挽电路先将输入的低压直流电逆变升压成高压交流电，然后通过整流桥和滤波后得到 360V 的高压直流电。推挽电路前级电路的输入电压为 24V，变换后输出功率为 1000W，开关器件的工作频率为 25kHz。当变压器上端的 2 个 MOSFET 打开时，下端的 2 个 MOSFET 关断，由于变压器激励作用，此时下端的 2 个 MOSFET 的栅 - 漏极电压为输入电压的 2 倍，下端导通时则相反。高频变压器是升压电路中重要的器件，在电路中不仅负责能量传递，同时也起到隔离的作用。高频变压器设计时主要考虑磁芯材料、磁芯型号、初 / 次级线圈匝数以及线圈线径等方面。

2. DC/AC 逆变电路

后级 DC/AC 逆变电路结构中，开关器件的通断由 DSP 输出信号控制。全桥逆变电路中，为了保护元器件，不允许同一桥臂的开关在同一时刻导通。通过 2 对开关器件交替导通的方式转换直流电压并输出逆变电压，逆变电压经过 LC 滤波器输出交流电。

3. 逻辑控制

逻辑控制部分确保逆变器各个电路的有序运行。它精确地控制着开关器件的导通和关断时间，以实现输出交流电的稳定和可靠。

4. 滤波电路

滤波电路用于去除输出交流波形中的杂波和噪声，为电器设备提供更为纯净、稳定的交流电压输出。通常由电感和电容组成的低通滤波器能够有效地平滑输出波形，提高电能质量。

此外，逆变器还包括输入接口、输出接口、电压启动回路、PWM 控制器、MOS 开关管、直流变换回路、反馈回路、LC 振荡及输出回路、过流过压保护电路、温度保护电路等。输入接口部分通常有 3 个信号，包括 12V 直流输入电压、工作控制电压和 Panel 电流控制信号。直流输入电压由 Adapter 输出的直流提供，工作控制电压由主板上的控制芯片提供，当工作控制电压为 0 时，逆变器不工作，而工作控制电压为 3V 时，逆变器处于正常工作状态。电流控制信号电压由主板提供，其变化范围在 0～5V 之间，将不同的电流控制信号值反馈给 PWM 控制器反馈端，逆变器向负载提供的电流也将不同，电流控制信号值越小，逆变器输出的电流就越大。

电压启动回路在工作控制电压为高电平时，输出高压去点亮 Panel 的背光灯灯管。PWM 控制器有内部参考电压、误差放大器、振荡器和 PWM、过压保护、欠压保护、短路保护、输出晶体管等功能组成。直流变换由 MOS 开关管和储能电感组成电压变换电路，输入的脉冲经过推挽放大器放大后驱动 MOS 管做开关动作，使得直流电压对电感进行充放电，这样电感的另一端就能得到交流电压。LC 振荡及输出回路保证灯管启动需要的 1500V 电压，并在灯管启动以后将电压降至 800V。输出电压反馈部分当负载工作时，反馈采样电压，起到稳定逆变器电压输出的作用。

四、逆变器的工作原理

逆变器作为一种将直流电转换为交流电的关键设备，其工作原理主要涉及 DC/DC 升压电路、DC/AC 逆变电路以及控制器等部分。

1. DC/DC 升压电路

逆变器中的 DC/DC 升压电路通常采用多个变压器共同升压的方式，把大功率均匀分配到每个变压器上。这样可以减小变压器的体积，提高效率。例如，采用 4 个相同变压器初级线圈等效并联、次级线圈串联的方式组成升压电路，理论上每组变压器承载的功率为 250W，负责输出 90V 的高频脉冲电压。

在推挽电路中，由于变压器的存在会出现偏磁现象。因此，在设计时要保证开关器件有充足的电流裕量，防止电路中电流突然变大烧坏器件。此电路中主要包含功率开关器件、高频变压器、整流二极管等元器件。推挽电路先将输入的低压直流电逆变升压成高压交流电，然后通过整流桥和滤波后得到 360V 的高压直流电。推挽电路前级电路的输入电压为 24V，变换后输出功率为 1000W，开关器件的工作频率为 25kHz。当变压器上端的 2 个 MOSFET 打开时，下端的 2 个 MOSFET 关断，由于变压器激励作用，此时下端的 2 个 MOSFET 的栅 - 漏极电压为输入电压的 2 倍，下端导通时则相反。

高频变压器在电路中不仅负责能量传递，同时也起到隔离的作用。高频变压器设计时主要考虑磁芯材料、磁芯型号、初 / 次级线圈匝数以及线圈线径等方面。

2. DC/AC 逆变电路

后级 DC/AC 逆变电路中，开关器件的通断由 DSP 输出信号控制。在全桥逆变电路中，为了保护元器件，不允许同一桥臂的开关在同一时刻导通。通过两对开关器件交替导通的方式转换直流电压并输出逆变电压，逆变电压经过 LC 滤波器输出交流电。

3. 控制器

系统采用开关电源控制器对升压电路的输出电压进行调节。将输出电压与参考电压进行比较，获得误差信号输入控制器，由控制器调节 PWM 驱动信号的占空比，完成整流输出电压的闭环控制。这样可以确保输出的交流电稳定可靠，无论是电压还是频率都能保持在合适的范围内。

五、逆变器的主要分类

1. 按照应用

普通型逆变器：直流 12V 或 24V 输入，交流 220V、50Hz 输出，功率为 75~5000W，有些型号还具有交 - 直流转换（UPS）功能，广泛应用于家庭及一些小型商业场所，为众多电器设备提供交流电能。

逆变 - 充电一体逆变器：可使用各种形式的电源为交流负载供电，当有交流电时，可采用交流电为负载供电或为蓄电池充电；当无交流电时，将蓄电池的电能逆变为交流电为交流负载供电，为用户提供了极大的便利，适用于多种场景，如房车等。

通信专用逆变器：为通信提供高品质的 48V 电源，性能好、可靠性高，采用模块式结构并具有保护功能和可扩充性，主要应用于邮电通信领域，为各种通信设备提供稳定的电力支持。

航空军队专用逆变器：为直流 28V 输入，可提供不同的交流输出电压和频率，输出功率范围也较广，满足航空和军队领域对特定电源的严格要求。

光伏发电逆变器：分为离网光伏发电逆变器和并网光伏发电逆变器。离网光伏发电逆变器主要用于偏远没有家庭用电的地区以及单独的家庭用户；并网光伏发电逆变器主要用于沙漠电站和城市屋顶发电系统，是光伏风力发电系统的核心部件。

2. 按照输出波形

方波逆变器：电路比较简单，使用的功率开关管数量少。输出的交流电压波形为方波，优点是线路简单、价格便宜、维修方便；缺点是由于方波电压中含有大量高次谐波，在带有铁心电感或变压器的负载用电器中将产生附加损耗，对收音机和某些通讯设备有干扰，此外，调压范围不够宽，保护功能不够完善，噪声比较大。

六、逆变器的作用

将直流电转换为交流电，广泛适用于空调、家庭影院、电动工具等各种电器设备。

逆变器作为一种关键的电力转换装置，能够将直流电转换为交流电，满足众多电器设备的运行需求。例如，在家庭中，空调需要交流电来驱动压缩机进行制冷或制热；家庭影院中的音响设备、投影仪等也都依赖交流电才能正常工作；电动工具如电钻、电锯等同样需要交流电提供动力。逆变器通过高效的电力转换，为这些电器设备提供了稳定可靠的交流电源，使其能够在各种场景下正常运行。

在太阳能发电系统中，将太阳能电池板输出的直流电转换为符合国家标准的交流电，注入到电网中。

在太阳能发电系统中，逆变器起着至关重要的作用。太阳能电池板产生的是直流电，而电网需要的是交流电。逆变器能够将太阳能电池板输出的直流电转换为符合国家标准的交流电，实现太阳能发电与电网的连接。这样，家庭或企业用户可以将太阳能发电系统产生的电能回馈到电网中，不仅可以满足自身的用电需求，还可以将多余的电能出售给电网，实现能源的高效利用和可持续发展。

在风力发电系统中，将风力发电机输出的电流转换为交流电。

在风力发电系统中，逆变器同样扮演着关键角色。风力发电机产生的电流通常是不稳定的直流电或交流电，需要通过逆变器进行转换和稳定。逆变器可以将风力发电机输出的电流转换为符合电网要求的交流电，确保风力发电系统能够稳定地向电网输送电能。同时，逆变器还可以对风力发电机的输出进行功率调节和控制，提高风力发电系统的效率和可靠性。

可以在电网电源不可用的情况下，提供需要的交流电源，保障重要电力设备的持续运行。

当电网电源出现故障或不可用时，逆变器可以作为备用电源发挥重要作用。例如，在一些重要的医疗机构、通信基站、数据中心等场所，需要保证电力设备的持续运行。逆变器可以利用蓄电池等直流电源，将其转换为交流电，为这些重要的电力设备提供应急电源，确保关键业务的不间断运行。此外，在一些偏远地区或野外作业场所，电网覆盖不到，逆变器也可以为各种设备提供交流电源，满足生产和生活的需求。

作为变频器，实现由直流电源驱动的电动机无极变速控制，达到节能降耗的目的。

逆变器还可以作为变频器使用，实现对电动机的无极变速控制。在工业生产中，许多电动机需要根据不同的生产工艺要求进行调速。传统的调速方式往往效率低下，浪费能源。而逆变器可以通过控制直流电源的输出，实现电动机的无极变速控制，使电动机在不同的转速下运行，从而达到节能降耗的目的。同时，逆变器还可以提高电动机的运行稳定性和可靠性，延长电动机的使用寿命。

根据负载工作性质实现电源电压和电流的控制，提高电源效率和性能。

逆变器可以根据负载的工作性质，对电源电压和电流进行精确控制。不同的负载对电源的要求不同，有些负载需要高电压、低电流，有些负载则需要低电压、高电流。逆变器可以通过调整输出电压和电流，满足不同负载的需求，提高电源的效率和性能。例如，在一些电子设备中，需要稳定的电源电压和电流来保证设备的正常运行。逆变器可以通过精确的控制，为这些设备提供稳定的电源，提高设备的可靠性和性能。

七、逆变器的用途和使用场景

逆变器作为一种重要的电力转换设备，在多个领域都有着广泛的用途和使用场景。

太阳能电池板：太阳能是一种清洁、可再生的能源，太阳能电池板能够将太阳能转换为直流电能。然而，家庭供电和商业用电通常需要交流电能，这时逆变器就发挥了关键作用。它将太阳能电池板产生的直流电能转化为交流电能，使得太阳能产生的电力可以方便地用于家庭和商业场所，为人们的生活和工作提供稳定的电力支持。

风力发电：风力涡轮机产生的是三相交流电，但家庭和工商业使用的通常是单相电。逆变器可以将风力涡轮机产生的三相交流电转换为家庭和工商业使用的单相电，满足不同用户的用电需求。通过逆变器的转换，风力发电产生的电能可以更加高效地被利用，为人们的生产和生活提供绿色能源。

家庭用电：在一些特殊情况下，如使用太阳能电池板或风力发电机发电时，产生的是直流电。而家庭中大多数电器设备都需要交流电才能正常工作。逆变器可以将这些直流电转换为交流电，为家庭用电提供稳定的电源。无论是在偏远地区还是在追求绿色能源的家庭中，逆变器都能发挥重要作用，确保家庭电器设备的正常运行。

单相电压供电的电器：空调、制冷机、照明等单相电压供电的电器在人们的日常生活中不可或缺。逆变器可以为这些电器提供稳定的电源，确保它们能够正常运行。在一些特殊场合，如停电时或者在没有电网覆盖的地区，逆变器可以利用蓄电池等直流电源为这些电器供电，为人们的生活带来便利。

医疗器械：在医疗领域，逆变器也有着广泛的应用。医用电动床、手术灯、医疗光源等医疗器械需要稳定的电源才能正常工作。逆变器可以将直流电转换为交流电，为这些医疗器械提供可靠的电力支持。逆变器的稳定性和可靠性对于医疗设备的正常运行至关重要，它能够确保医疗过程的安全和顺利进行。

工业自动化控制：在工业自动化控制领域，逆变器同样发挥着重要作用。电机控制、变频调速等领域需要精确的电力控制，逆变器可以实现对电机的无极变速控制，达到节能降耗的目的。同时，逆变器还可以根据负载的工作性质实现电源电压和电流的控制，提高电源的效率和性能，为工业生产提供稳定、高效的电力支持。

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时间 2024/12/05

审核编辑 黄宇