逆變器是把直流電能（電池、蓄電瓶）轉(zhuǎn)變成交流電（一般為220V，50Hz正弦波）。它由逆變橋、控制邏輯和濾波電路組成。廣泛適用于空調(diào)、家庭影院、電動(dòng)砂輪、電動(dòng)工具、縫紉機(jī)、DVD、VCD、電腦、電視、洗衣機(jī)、抽油煙機(jī)、冰箱，錄像機(jī)、按摩器、風(fēng)扇、照明等。在國(guó)外因汽車(chē)的普及率較高外出工作或外出旅游即可用逆變器連接蓄電池帶動(dòng)電器及各種工具工作。

　　通過(guò)點(diǎn)煙器輸出的車(chē)載逆變是 20W 、 40W 、 80W 、 120W 到 150W 功率規(guī)格。再大一些功率逆變電源要通過(guò)連接線接到電瓶上。把家用電器連接到電源轉(zhuǎn)換器的輸出端就能在汽車(chē)內(nèi)使用各種電器?？墒褂玫碾娖饔校?a target="_blank">手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼攝像機(jī)、照像機(jī)、照明燈、電動(dòng)剃須刀、CD 機(jī)、游戲機(jī)、掌上電腦、電動(dòng)工具、車(chē)載冰箱及各種旅游、野營(yíng)、醫(yī)療急救電器等。

　　逆變器工作原理

　　逆變器是一種DC to AC的變壓器，它其實(shí)與轉(zhuǎn)化器是一種電壓逆變的過(guò)程。

　　逆變器

　　轉(zhuǎn)換器是將電網(wǎng)的交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的12V直流輸出，而逆變器是將Adapter輸出的12V直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l的高壓交流電；兩個(gè)部分同樣都采用了用得比較多的脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)。其核心部分都是一個(gè)PWM集成控制器，Adapter用的是UC3842，逆變器則采用TL5001芯片。TL5001的工作電壓范圍3.6～40V，其內(nèi)部設(shè)有一個(gè)誤差放大器，一個(gè)調(diào)節(jié)器、振蕩器、有死區(qū)控制的PWM發(fā)生器、低壓保護(hù)回路及短路保護(hù)回路等。

　　輸入接口部分：輸入部分有3個(gè)信號(hào)，12V直流輸入VIN、工作使能電壓ENB及Panel電流控制信號(hào)DIM。VIN由Adapter提供，ENB電壓由主板上的MCU提供，其值為0或3V，當(dāng)ENB=0時(shí)，逆變器不工作，而ENB=3V時(shí)，逆變器處于正常工作狀態(tài)；而DIM電壓由主板提供，其變化范圍在0～5V之間，將不同的DIM值反饋給PWM控制器反饋端，逆變器向負(fù)載提供的電流也將不同，DIM值越小，逆變器輸出的電流就越大。

　　電壓?jiǎn)?dòng)回路：ENB為高電平時(shí)輸出高壓去點(diǎn)亮Panel的背光燈燈管。

　　PWM控制器：有以下幾個(gè)功能組成：內(nèi)部參考電壓、誤差放大器、振蕩器和PWM、過(guò)壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、短路保護(hù)、輸出晶體管。

　　逆變器

　　直流變換：由MOS開(kāi)關(guān)管和儲(chǔ)能電感組成電壓變換電路，輸入的脈沖經(jīng)過(guò)推挽放大器放大后驅(qū)動(dòng)MOS管做開(kāi)關(guān)動(dòng)作，使得直流電壓對(duì)電感進(jìn)行充放電，這樣電感的另一端就能得到交流電壓。

　　LC振蕩及輸出回路：保證燈管啟動(dòng)需要的1600V電壓，并在燈管啟動(dòng)以后將電壓降至800V。

　　輸出電壓反饋：當(dāng)負(fù)載工作時(shí)，反饋采樣電壓，起到穩(wěn)定I逆變器電壓輸出的作用。

　　三電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)詳解

　　兩電平的結(jié)構(gòu)在不斷完善與發(fā)展之后，專(zhuān)家學(xué)者就提出了三電平的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是隨著電平數(shù)的增多，輸出的電流中諧波含量降低。當(dāng)逆變器工作在低頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)下時(shí)，開(kāi)關(guān)器件動(dòng)作少，在相同條件下消耗在開(kāi)關(guān)上的開(kāi)通和關(guān)斷能量就減少，相應(yīng)的使得電壓和電流的輸出就變大。經(jīng)過(guò)幾十年各國(guó)學(xué)者的不斷努力，現(xiàn)在己經(jīng)形成了幾種比較成熟的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，都已經(jīng)形成了各自的應(yīng)用場(chǎng)合，使得在不同控制要求和條件下，可以選用不同結(jié)構(gòu)的逆變器。

　　一、東莞南方水泵分析MPC三電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　最早研制成功的多電平逆變器是在Nabae.A提出的模型基礎(chǔ)之上改進(jìn)成的。其主要特點(diǎn)是控制方式采用PWM或是SPWM算法，電路結(jié)構(gòu)采用二極管進(jìn)行鉗位，這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用。NPC結(jié)構(gòu)的逆變器為以后各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的逆變器奠定了基礎(chǔ)，許多新型的逆變器都是由最初的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)演變而來(lái)的。

　　下圖為NPC逆變器的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以看出在a相上串聯(lián)了四個(gè)開(kāi)關(guān)管，形成了上下不同的橋臂，上下橋臂中不同的開(kāi)關(guān)動(dòng)作組合是有不同的矢量控制的，定義每相橋臂的輸出的三電平的狀態(tài)分別是P，O，N，以第一相橋臂為例，當(dāng)Sl，S2閉合時(shí)輸出高電平狀態(tài)，同時(shí)S3，S4關(guān)閉時(shí)根據(jù)結(jié)構(gòu)可以看出輸出電壓為0狀態(tài)，同理可以計(jì)算出當(dāng)S3，S4導(dǎo)通時(shí)輸出電壓為低電平。DX（X=1~6）為鉗位二極管，DX1，DX2，DX3，DX4（X=1，2，3，4）是續(xù)流二極管。對(duì)于n電平鉗位式逆變器所需要的分壓電容為（n-1），開(kāi)關(guān)管的個(gè)數(shù)是電容個(gè)數(shù)的兩倍即2（n-l），通過(guò)三個(gè)橋臂的不同開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷，很容易得到三相電路。

　　圖1：NPC三電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　每個(gè)橋臂的三種開(kāi)關(guān)狀態(tài)P，N，O，如果用功率器件的導(dǎo)通來(lái)表示1，斷開(kāi)用0表示，那么每相橋臂的組合狀態(tài)為：［1100］，［0110］，［0011］，減少功率器件的耐壓不均勻現(xiàn)象，在開(kāi)通關(guān)斷過(guò)程中要經(jīng)過(guò)O狀態(tài)，不可以直接進(jìn)行P→N狀態(tài)或是N→P狀態(tài)，目的是為了防止器件承受高壓而燒壞。

　　每相橋臂的開(kāi)關(guān)動(dòng)作按照如下方式進(jìn)行：首先開(kāi)通S1和S2，接下來(lái)對(duì)S2進(jìn)行關(guān)斷，保證其完全關(guān)斷的時(shí)候，留有必要的余量，在對(duì)S3進(jìn)行開(kāi)通，保證S3完全開(kāi)通后在對(duì)S1進(jìn)行關(guān)斷處理，其他開(kāi)關(guān)管依次類(lèi)推，這樣的優(yōu)點(diǎn)是保證在每個(gè)開(kāi)關(guān)管開(kāi)通和關(guān)斷之后在操作其他器件，能有效防止上下橋臂的直通，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)管承受的電壓電流值過(guò)大而燒毀。

　　表1：A相橋臂的開(kāi)通關(guān)斷狀態(tài)

　　二、NPG三電平逆變器的優(yōu)缺點(diǎn)

　　通過(guò)對(duì)其工作原理和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析廣東南方水泵可以看出該逆變器具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　1）電平數(shù)越多，輸出電壓中的諧波含量越低；

　　2）采用脈沖寬度調(diào)制時(shí)可以減小開(kāi)關(guān)管的通斷次數(shù)，從而降低功耗提高效率，可以控制無(wú)功能量的流動(dòng)；

　　3）back-to-back連接，系統(tǒng)控制簡(jiǎn)單。

　　正是由于這些優(yōu)點(diǎn)，使得NPC逆變器應(yīng)用廣泛，與其同步發(fā)展的控制方法日漸成熟，通過(guò)對(duì)算法的改進(jìn)也可以避免和消除部分自身結(jié)構(gòu)帶來(lái)的缺點(diǎn)，任何一種電路都存在不可避免的缺點(diǎn)，越復(fù)雜的電路缺點(diǎn)越多，逆變器也不例外。

　　根據(jù)南方水泵介紹隨著電平數(shù)的增加，二極管和電容數(shù)量都將增加，由于每個(gè)功率器件不能完全一致導(dǎo)通時(shí)間并不同步，導(dǎo)致各個(gè)開(kāi)關(guān)管承受的電壓不同；由于分壓電容的存在，不可避免的存在中點(diǎn)電壓不平衡問(wèn)題，使得在硬件設(shè)計(jì)和控制算法中要做出相應(yīng)的措施，避免對(duì)變頻器產(chǎn)生危害影響使用壽命。