半桥逆变架构分析
半桥逆变电路工作原理
半桥逆变电路工作原理
半桥逆变电路是一种常用的电子电路，常用于直流电源向交流电源的转换。
它由两个逆变器组成，每个逆变器分别由两个开关管、两个电容和一个负载组成。
在半桥逆变电路中，两个开关管交替开关。
当第一个开关管打开时，电源电压施加在负载上，并且电容开始充电。
同时，第二个开关管关闭，阻止负载电流流过它。
当第一个开关管关闭时，电容会开始放电，将负载电流继续供应。
接着，第二个开关管打开，将电源电压施加在负载上。
逆变电路中的开关管不断地进行开关操作，使得电源电压以交替的方式施加在负载上，从而实现直流到交流的转换。
通过控制开关管的开关时间，可以调整输出交流电压的频率和形态。
此外，半桥逆变电路还可以实现输出电压的调节，通过改变开关管的开关周期和占空比来控制输出电压的大小。
在实际应用中，半桥逆变电路通常用于电力电子设备和交流驱动器中。
它具有结构简单、效率高、可靠性好等优点，广泛应用于工业生产和家庭用电领域。
同时，半桥逆变电路的工作原理也为其他类型的逆变电路提供了基础和参考。
igbt单相电压型半桥无源逆变电路设计
igbt单相电压型半桥无源逆变电路设计本文介绍了一种IGBT单相电压型半桥无源逆变电路设计，该电路采用半桥拓扑结构，通过IGBT管控制开关实现正负半周期无源逆变，具有高效、可靠、稳定等优点。
同时，本文还介绍了电路的设计流程和注意事项。
一、电路拓扑结构IGBT单相电压型半桥无源逆变电路采用半桥拓扑结构，如图1所示。
电路中，IGBT1和IGBT2分别代表上管和下管，L1和L2为变压器的两个线圈，C为输出滤波电容。
该拓扑结构有以下优点：1、半桥结构可以避免直流电离子飘移问题，提高电路的可靠性。
2、IGBT管负责开关电流，电压由变压器自行绝缘，可以避免功率管受到高频电磁干扰而损坏的问题。
3、半桥拓扑结构使得电路的效率较高，能够满足高效、小型化的需求。
二、电路设计1、选择IGBT管根据电路的工作电压和电流，选择适合的IGBT管是很重要的。
可以根据功率、电压承受能力、开关速度、漏电流等因素进行选择。
2、选择变压器变压器是半桥无源逆变电路的关键元件之一，变压器的参数需要根据电路需求进行选择。
如果输出功率较大，则需选择大功率变压器；如果需要较小的体积，则可以选择小型化的变压器。
3、选择输出电容电容可以用来过滤输出端的噪声和杂波。
根据输出电压、输出电流等参数选择适合的电容，并确保电容的电压承受能力充足。
4、电路参数计算根据电路的拓扑结构和工作参数，进行电路参数的计算。
需要计算的参数包括变压器的线圈数、电感值、电容容值等。
这些参数的计算需要根据电路需求进行合理设置。
三、注意事项在使用IGBT管时，需要防止温度过高和静电干扰等问题。
建议在使用IGBT管时加装散热器，并采用静电保护措施，以保证管子的正常工作。
总之，IGBT单相电压型半桥无源逆变电路是一种高效、可靠、稳定的电路结构，在工业自动化控制等领域有着广泛的应用。
半桥逆变电路原理
半桥逆变电路原理
半桥逆变电路原理是一种常见的逆变电路，其基本原理是利用MOSFET管的导通和截止来实现直流电压到交流电压的转换。
半桥逆变电路主要由两个MOSFET管、两个二极管和一个中
间电路组成。
其中一个MOSFET管和一个二极管组成一个半桥，两个半桥并联连接在一个中间电路上。
输入端连接直流电源，而输出端则可以得到需要的交流电压。
当输入端有电压时，两个MOSFET管的门极被驱动，使其分
别导通和截止，从而实现交替的导通和截止，使得输出端得到一个交流电压。
当一个MOSFET管导通时，输出电压为正，
而另一个MOSFET管截止时，输出电压为零。
然后，当两个MOSFET管的状态互换时，输出电压变为负，从而实现完整
的交流电压。
半桥逆变电路的工作原理可以通过PWM（脉宽调制）来实现。
通过控制两个MOSFET管的导通时间比例，可以调节输出电
压的幅值。
脉宽调制技术可以通过改变PWM信号的占空比来
调整输出电压的幅值。
通过合理地控制PWM信号的占空比，
可以得到所需的输出电压。
需要注意的是，半桥逆变电路在工作时需要注意MOSFET管
的开关时间，以避免短路和过电流等问题的发生。
另外，在设计和搭建半桥逆变电路时，还需要考虑电路的损耗和效率等因素，以达到最优的工作效果。
总的来说，半桥逆变电路通过两个MOSFET管的导通和截止来实现直流电压到交流电压的转换。
控制PWM信号的占空比可以实现对输出电压幅值的调节。
在设计中需要注意电路的工作时间和效率等因素，以确保电路的正常运行。
单相半桥电压型逆变电路的工作原理
单相半桥电压型逆变电路的工作原理
单相半桥电压型逆变电路是一种常见的逆变电路拓扑结构，常用于单相交流电源到直流电源的转换，适用于小功率应用。
以下是单相半桥电压型逆变电路的基本工作原理：
1.电源输入：单相半桥逆变电路通常接收单相交流电源作为输入。
这可以是来自电网的交流电，例如家用电源。
2.整流桥：输入的交流电源首先经过整流桥，将交流电转换为直
流电。
整流桥可以采用二极管桥或可控硅桥等。
3.滤波电容：为了减小直流电的脉动，逆变电路的输出端连接一
个滤波电容，用于平滑直流电压。
4.半桥逆变器：接下来是半桥逆变器部分，由两个功率开关（通
常是可控硅或晶闸管）组成。
这两个功率开关分别连接到正负
直流电压源和负载。
5.PWM控制：半桥逆变器通过PWM（脉宽调制）控制方式来
实现输出波形的控制。
通过调整开关的导通时间，可以控制输
出波形的幅值。
6.输出变压器：在半桥逆变器的输出端连接一个输出变压器，用
于改变输出电压的大小，以适应负载的需要。
7.输出负载：最终，经过输出变压器调整后的交流电源输出到负
载，可以是各种电器设备或电动机。
总体而言，半桥电压型逆变电路通过控制功率开关的导通时间，实现对输出交流电压幅值的调节，从而满足负载的电源需求。
这种逆变
电路通常用于小功率、单相电源的应用，例如家用电器、电子设备等。
半桥逆变电路工作原理
半桥逆变电路工作原理
半桥逆变电路是一种常见的电力电子变换器，通常用于将直流电源转换为交流电源。
其工作原理如下：
首先，半桥逆变电路由两个功率开关器件组成，通常是晶体管或者功率MOSFET。
这两个开关器件分别被连接到一个共同的直流电源上，形成一个半桥结构。
当其中一个开关器件导通时，另一个则截止，反之亦然。
这种交替导通的方式可以使得电压在输出端产生一个交流电压。
在工作时，当上面的开关器件导通时，直流电源的正极连接到负载，负极连接到地。
这时，负载上就会出现一个正向的电压。
而当下面的开关器件导通时，直流电源的正负极连接会发生变化，负载上就会出现一个反向的电压。
通过这种方式，半桥逆变电路能够产生一个交流电压。
此外，半桥逆变电路通常还配备有一个控制电路，用来控制开关器件的导通和截止。
这个控制电路可以根据需要来调整开关器件的导通时间，从而控制输出交流电压的幅值和频率。
总的来说，半桥逆变电路通过控制开关器件的导通和截止，以及配备的控制电路，实现了将直流电源转换为可控的交流电源的功能。
这种电路在许多应用中都具有重要的作用，比如在电力变换、电机驱动和太阳能逆变器等领域都有广泛的应用。
半桥电路原理
半桥电路原理半桥电路是一种常见的电源逆变电路，通过它可以将直流电源转换为交流电源，常用于各种电力电子设备中。
本文将介绍半桥电路的原理及其工作过程，希望能够帮助读者更好地理解和应用半桥电路。
首先，让我们来了解一下半桥电路的基本结构。
半桥电路由两个功率开关管和两个反并联的二极管组成。
其中，功率开关管一般采用场效应管或者晶闸管，而二极管则用于反向导通，以保护功率开关管。
在实际应用中，半桥电路通常与控制电路相结合，通过控制功率开关管的导通和关断来实现对输出电压的调节。
半桥电路的工作原理是利用功率开关管的导通和关断来控制电源的输出。
当功率开关管1导通时，电源的正极连接到负载，负载得到正向电压；同时，功率开关管2关断，负载与电源的负极相连。
反之，当功率开关管2导通时，电源的正极连接到负载，负载得到正向电压，功率开关管1关断，负载与电源的负极相连。
通过不断地交替导通和关断，半桥电路可以实现对负载的电压输出。
在实际应用中，半桥电路可以通过PWM（脉冲宽度调制）技术来实现对输出电压的精确控制。
PWM技术是通过改变开关管的导通时间来调节输出电压的大小，从而实现对负载的精确控制。
通过合理设计PWM控制电路，可以实现对输出电压的精确调节，从而满足不同负载的需求。
除了在电源逆变器中的应用，半桥电路还广泛应用于各种电力电子设备中，如电机驱动器、UPS（不间断电源系统）等。
在这些应用中，半桥电路不仅可以实现对电压的转换，还可以实现对电流的控制，从而满足不同负载的需求。
总之，半桥电路是一种常见的电源逆变电路，通过它可以实现对直流电源的转换和控制。
通过合理设计和控制，可以实现对输出电压的精确调节，从而满足不同负载的需求。
希望本文能够帮助读者更好地理解和应用半桥电路。
基本半桥逆变电路分析
基本半桥逆变电路分析一、各元件的作用FUSE保险电阻：过电流和短路电流保护元件，抑制浪涌电流；L1，C1，C2：组成π型EMI滤波器，减轻高频逆变电路产生的电磁干扰；D1，D2，D3，D4：组成桥式整流电路，将输入的交流变为直流；C4滤波电容：将整流出的电压进行平滑滤波，使其接近直流电压；R1，C5：RC积分电路，滤波后的电压经过R1对C5进行充电，提供DB3导通电压；DB3双向触发二极管：当C5上的电压高于DB3的导通电压时，DB3导通，向Q2的基极注入电流，使T2导通，电路起振后，DB3不再导通；D5：隔离启动电路和振荡电路，使振荡电流不会经过C5到地；R2，C4：C4为续流电容，R2为C4提供放电网络。
当Q1和Q2在交替开关的同时截止阶段，使灯丝有电流流过，C4通常为1000~3300pF；R2，C4组成的放电网络同时避免两个三极管电流重叠，提供一个死区时间。
D6，D7续流二极管：与三极管并联在磁环线圈的两端，保护三极管，防止三极管反向击穿，反向电动势会通过二极管释放；Q1，Q2开关三极管：构成推挽电路，两管交替导通，在Q1的发射极和Q2的集电极中间产生近似方波脉冲；R4，R6：稳定电路工作点，负反馈作用，抬高晶体管发射极电位，控制发射机和基极之间的电压；R3，R5：控制晶体管的基极电流，同时隔离晶体管的基极电压与磁环绕组的感应电动势；N1，N2，N3磁环绕组（脉冲变压器）：利用互感耦合，以及磁芯的饱和特性，控制Q1与Q2的交替开关；L2，C6：LC串联谐振电路，在C6两端为灯提供启动电压，同时对方波脉冲进行滤波，使灯丝电流近似正弦波；L2的Q值和C6的决定提供启动电压的大小；C7，C8：隔直电容，为灯丝电流提供交流通路。
二、各元件参数估算要求FUSE保险电阻：一般选择4.7~47欧；L1，C1，C2：高阻低通滤波器设计；使用安规电容；D1，D2，D3，D4：整流二极管，二极管反向耐压和热稳定性，反向耐压一般为输入电压的1.25倍；C4滤波电容：充放电的时间常数以及耐压值，充放电时间常数数交流周期的3~5倍，耐压值高于峰值电压的1.25倍；R1，R2：一般，R1=R2，两者相近，一般控制R1流过的电流在0.5~1mA；C5：C5的耐压要高于DB3的导通电压1.25倍以上，R1、C5的时间常数一般应为开关管导通时间的5%左右，要求有足够大的电流经过DB3注入Q2基极，使Q2导通；D5：普通整流二极管；C4续流电容：Q1和Q2截止时，C4会产生脉冲电流，Q1、Q4交替导通截止，使C4上产生正负交替的高频脉冲，因此C4要选择高频损耗小的电容，避免发热损坏；D6，D7续流二极管：续流二极管D选择要考虑导通、截止和转换三部分损耗，所以用正向压降小，反向电流小和存储时间短的开关二极管，一般选用肖特基二极管；Q1，Q2开关三极管：晶体管的耐压大于滤波后的线路电压；集电极电流依据灯丝峰值电流确定，通过集电极的峰值电流是通过L2的峰值电流，因此集电极电流参数应远大于此值；晶体管的开关速度主要受存储时间影响，存储时间应低于开关周期的20%，开关周期可用镇流器的开关频率计算；直流电流增益要大，一般要求大于5，这样较小的基极电流就可以获得较高的集电极电流，减小晶体管的导通损耗；R4，R6：反馈电阻，通过发射极电流变化影响晶体管发射极电压，进而控制发射极和基极之间的电压的变化，依据晶体管工作点的稳定要求取值；R3，R5：依据开关三极管的集电极电流和直流增益，确定基极电流，结合N1，N2的感应电动势确定；R3，R5与N1，N2的匝数相关（由晶体管基极电流的峰值决定）；N1，N2，N3磁环绕组：绕组的匝数由磁环的饱和磁场强度，有效磁路长度，以及流过绕组的峰值电流大小决定，绕组匝数=（有效磁路长度*饱和磁场强度）/峰值电流；绕组电压= -（磁导率*匝数平方*截面积/有效磁路长度）*电流变化率L2，C6：C6的耐压是灯的启动电压的1.25倍，LC振荡电路的谐振频率与晶体管开关频率相近（开关频率不能小于谐振频率，谐振电路构成的负载应该呈感性或阻性，但不能呈容性）：f≈1/ 2π(L2*C6)1/2，C6上的谐振电压为灯的启动电压；C7，C8：高频损耗小，耐压大于线路峰值电压1.25倍。
半桥结构串联谐振逆变电路原理图
半桥结构串联谐振逆变电路原理图半桥结构串联谐振逆变电路原理图该电源采用半桥结构串联谐振逆变电路，主电路原理如图3所示。
在大功率IGBT谐振式逆变电路中，主电路的结构设计十分重要，由于电路中存在引线寄生电感，IGBT开关动作时在电感上激起的浪涌尖峰电压Ldi／dt不可忽视，由于本电源采用的是半桥逆变电路，相对全桥电路来说，将产生比全桥电路更大的di／dt。
正确设计过压保护即缓冲电路，对IGBT的正常工作十分重要。
如果缓冲电路设计不当，将造成缓冲电路损耗增大，会导致电路发热严重，容易损坏元件，不利于长期工作。
过程是：当VT2开通时，随着电流的上升，在线路杂散电感Lm 的作用下，使得Uab下降到Vcc－Ldi／dt，此时前一工作周期以被充电到Vcc的缓冲电容C1，通过VT1的反并联二极管VD1、VT2和缓冲电阻R2放电。
在缓冲电路中，流过反并联二极管VD1的瞬时导通电流ID1为流过线路杂散电感电流IL和流过缓冲电容C1的电流IC之和。
即ID1＝IL＋IC，因此IL和di／dt相对于无缓冲电路要小得多。
当VT1关断时，由于线路杂散电感Lm的作用，使Uce迅速上升，并大于母线电压Vcc，这时缓冲二极管VD1正向偏置，Lm中的储能（LmI2／2）向缓冲电路转移，缓冲电路吸收了贮能，不会造成Uce 的明显上升。
缓冲元件的计算与选择式中：f—开关频率；Rtr—开关电流上升时间；IO—最大开关电流；Ucep—瞬态电压峰值。
在缓冲电路的元件选择中，电容要选择耐压较高的电容，二极管最好选择高性能的快恢复二极管，电阻要用无感电阻。
6 结束语该电源已经成功地应用于大功率电力测试仪器，与传统方法相比，不仅测量精度高，而且提高了工作效率，增加了工作安全性，降低了劳动强度。
参考文献1 李萌金．电力电子器件绝缘栅——双极晶体管及其应用．电测与仪表，1997（10）2 任天良．300W零电流型准谐振直流电源设计．电力电子技术，2000（3）3 田建等．大功率IGBT瞬态保护研究．电力电子技术，2000（4）。
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半桥逆变架构
目前公司高频机常用的半桥逆变架构:
IL Ic
+Vc
LOAD
驱动介绍
PW M+
PW M-
D e a d tim e
(1) PWM+/-完全互补, PMW+=PWM(2) 加入死区, 防止上下桥短路击穿
输出正弦波正半周
PW M+
PW M+
PW M-
PW M-
D e a d tim e
+BUS
关于半桥逆变的小结
直流分量问题,之前YHK15/20K出现输出直流
分量偏大的情况. 从架构上分析:BUS的不平 衡和两桥的差异会导致输出电压的不平衡; LC滤波器的截止频率<1/6开关频率, 但实际 应该根据电感的温升, 器件成本来做优化设计; 目前6K机器L=1.2mH,C=25uF.取开关频率的 1/20.
定义: 冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上 时，其效果基本相同 冲量指窄脉冲的面积 效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同
f (t) f (t) f (t) f (t)
(t)
这四个图的面 积一样,可以认 为它们的冲量 相等
t d)
O a)
t O b)
t O c) 图 6-1
半桥逆变架构分析
提纲
引言及问题提出
基本原理 架构及工作状态分析 全桥和三平架构简介 讨论
特殊名词说明
PWM=
Pulse Width Modulation SPIKE电压:尖峰电压 SNUBBER线路:对尖峰电压吸收及缓冲线路
引言
下图是目前公司大部分高频在线机的结构框图:
+BUS Q1
+BUS Q1 C1 PWM+ D1 C1 Vi L1 Vo
PWM+
D1
Vi GND
L1
Vo
GND
C2 Q2 C3 PWMD2 GND -BUS Z C2 Q2 C3 PWMD2 GND -BUS Z
输出正弦波负半周
PW M+
PW M+
PW M-
PW M-
D e a d tim e
+BUS Q1
这个结构就是原始的 半桥逆变.
+VDC
+VDC
-VDC
-VDC
直流
交流
问题2
上面简单方法得到的交流波形是方波存在很多缺点.比如: 输出电压谐波含量高; 输出电压不能调整(有时UPS要求输出兼容很多种 220/230/240V)
那么怎么才能让方波变成正弦波
+VDC
-VDC
?
交流
理论基础
带上述问题,下面介绍一个概念:
1.RC式
2.RCD式
3.变形RCD式
在实际应用可以多种形式同时使用,如6-20K的逆变SNUBBER线就同时用了 RCD式和变形的RCD式,以增强吸引效果.
上面只是简单的介绍了几种基本形式.想深入 了解的可以参见以下附件:
全桥逆变介绍
下图为全桥逆变的基本架构
其中V1和V4为一组桥臂,V2和V3为一组桥臂.两桥臂分别交替导通,当然也有一定的 死区.从而改变L和R两端的电压极性,实现直流变交流的过程.
三电平逆变架构介绍
三电平逆变可以看作是半桥的延伸,英文简称NPC(Neutral Point Clamped). 具体的结构图如下:
2
VP BUS C1 D2
Q1
1
VP BUS
3
2
C1
Q2
2
C
3
Q1 Q2
1 1 2
DI O DE 1
L1
IN D U C T O R
L1
3
3
3
2
0
1
Q3
0
3
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
C3
0
Q3
2 3
1
C3 Q4
2 C
D1 Q4
2
C2
C
0
C2
DI O DE 1
VNB US
1
VNB US
3
I字型
T字型
VP BUS
C1
3
“I”字型和”T”字型的驱 动波形是一致的.如下图.
0
Q1 Q2
1 1
2
C
2
L1
3
3
Q3
2 3
1
C3 Q4
2 C
C2
C
0
VNB US
1
两种架构的比 较及更详细的说 明可以参见这个 文档.有兴趣的可 以了解一下.
现场讨论
1. 2. 3. 现场讨论问题届时提出
会后的讨论
有兴趣的同事可以找一台半桥逆变的机器(高 频1-20K的机器都行),用示波器测试一下正负 半桥的逆变开关管的驱动波形,观察其与逆变 电压波形正负半周有什么对应关系?
谢谢!
Reject JAPS
D e a d tim e
Q1
+BUS Q1
C1
PWM+
D1
C1
PWM+
D1
Vi GND
L1
Vo
GND
Vi
L1
Vo
C2 Q2 C3 PWMD2 GND -BUS
-BUS
C2
Z
Q2 C3 PWMD2 GND
Z
PW M+
PW M+
PW M-
PW M-
D e a d tim e
D e a d tim e
t
O
理论基础
将以上四种形状的波形作为下图a电压源,图b为输出 电流响应.
i(t) i(t) a c e(t) d b
电路输入：u(t)，窄脉冲， 电路输出：i(t)，
t
O a) 图 6-2 b)
理论基础
下面我们再回过头来看一个正弦波形,
u
正弦半波N等分，可看
成N个彼此相连的脉冲序 列，宽度相等，但幅值 不等 用矩形脉冲代替，等幅， 不等宽，中点重合，面 积（冲量）相等 宽度按正弦规律变化
a)
O u
t
b)
O 图 6-3
t
理论基础
那么我们可反推:只要能切出一系列等高不等 宽,并且宽度按正弦变化的矩形脉冲,再加一个 惯性环节,那么就可以得一个正弦波形的效果.
u u u
O
>t ω
O
ωt
>
O
ωt
>
SPWM波形——脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效 的PWM波形要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改 变各脉冲宽度即可
旁路
交流输入
AC to DC BUS 电容 DC to AC 交流输出
电池（组）
DC to DC
今天我们讨论的内容就是DC to AC部分
问题1
那么怎么样才能使DC变为AC呢?
DC
?
AC
简单的方法之一
+VDC Q1
Load Q2 -VDC
如左图结构:开关管 Q1和Q2各导通半个 周期.就可以输出交 流方波了.
D e a d tim e
Q1
C1
PWM+
D1
C1
PWM+
D1
Vi GND
L1
Vo GND
Vi
L1
Vo
C2 Q2 C3 PWMD2 GND -BUS -BUS Z
C2 Q2 C3 PWMD2 GND Z
半桥逆变SNUBBER线路
因为半桥逆变是双BUS架构,在关断的时刻要承受正负BUS 的电压.这就会导致逆变开关管的SPIKE电压比较高.在一般 的设计中都会增加SNUBBER吸收线路.下面介绍几种半桥 SNUBBER结构.
D e a d tim e
+BUS Q1
C1 PWM+ D1
C1
Vi GND L1 Vo
PWM+
D1
Vi GND
L1
Vo
C2 Q2 C3 PWMD2 Z
C2 Q2 C3 PWMD2 GND Z
GND -BUS
-BUS
PW M+
PW M+
PW M-
PW M-
D e a d tim e
+BUS Q1 +BUS