逆变器工作原理（图文）-逆变器原理图及逆变器故障分析

本文主要讲逆变器工(gong)作原理。逆变器是把直流电(dian)(dian)能（电(dian)(dian)池、蓄电(dian)(dian)瓶）转(zhuan)(zhuan)变成(cheng)定(ding)频定(ding)压或(huo)调频调压交流电(dian)(dian)（一般(ban)为220V,50Hz正弦波）的转(zhuan)(zhuan)换器。它由(you)逆变桥、控制逻辑和滤波电(dian)(dian)路(lu)组成(cheng)。

逆变器工作原理解析

所谓(wei)逆变即(ji)是将(jiang)低压(ya)(ya)直流信号(hao)转变成高(gao)压(ya)(ya)交流信号(hao),其工作原理用如下方框图(tu)表示:

输入接口部分：

输(shu)入部分有3个(ge)信号，12V直流(liu)(liu)输(shu)入VIN、工(gong)作使能电(dian)(dian)(dian)压(ya)ENB及(ji)Panel电(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)控制信号DIM。VIN由Adapter提供，ENB电(dian)(dian)(dian)压(ya)由主板上(shang)的(de)MCU提供，其(qi)值为(wei)0或(huo)3V，当ENB=0时(shi)，Inverter不工(gong)作，而(er)ENB=3V时(shi)，Inverter处于正常工(gong)作状态；而(er)DIM电(dian)(dian)(dian)压(ya)由主板提供，其(qi)变化范围在0～5V之间，将(jiang)不同(tong)的(de)DIM值反馈(kui)(kui)给PWM控制器反馈(kui)(kui)端，Inverter向负载(zai)提供的(de)电(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)也将(jiang)不同(tong)，DIM值越(yue)(yue)小，Inverter输(shu)出的(de)电(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)就越(yue)(yue)大(da)。

逆变(bian)器简单(dan)原理图

电压启动回路：

ENB为(wei)高电平时，输出(chu)高压去(qu)点亮(liang)Panel的背光灯(deng)灯(deng)管。

PWM控制器：

有以下(xia)几个(ge)功(gong)能组成：内部参考(kao)电压、误差放大器(qi)、振荡器(qi)和PWM、过压保(bao)护(hu)(hu)、欠压保(bao)护(hu)(hu)、短路保(bao)护(hu)(hu)、输出晶体管。

直流变换：

由MOS开关(guan)管和(he)储(chu)能电(dian)感(gan)(gan)组成电(dian)压变换电(dian)路，输(shu)入(ru)的脉冲经(jing)过推挽放大(da)器放大(da)后驱动MOS管做(zuo)开关(guan)动作，使得直流电(dian)压对电(dian)感(gan)(gan)进行(xing)充放电(dian)，这样电(dian)感(gan)(gan)的另一端(duan)就能得到(dao)交(jiao)流电(dian)压。

LC振荡及输出回路：

保证灯(deng)管启动需要的(de)1600V电压(ya)，并(bing)在灯(deng)管启动以(yi)后(hou)将电压(ya)降至800V。

输出电压反馈：

当(dang)负载工作时，反馈(kui)采样电压，起到(dao)稳定Inventer电压输出的作用。

其实你可以(yi)想象一(yi)下了。都有(you)哪些电(dian)(dian)子元件需要(yao)正(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)负(fu)极(ji)，电(dian)(dian)阻，电(dian)(dian)感一(yi)般(ban)(ban)不需要(yao)。二(er)极(ji)管(guan)(guan)一(yi)般(ban)(ban)坏(huai)的(de)(de)(de)可能(neng)就(jiu)是被击(ji)穿只要(yao)电(dian)(dian)压(ya)正(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)常一(yi)般(ban)(ban)是没(mei)有(you)问(wen)题的(de)(de)(de)，三极(ji)管(guan)(guan)的(de)(de)(de)话(hua)是不会导(dao)通的(de)(de)(de)。稳压(ya)管(guan)(guan)如(ru)果(guo)(guo)正(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)负(fu)接反(fan)的(de)(de)(de)话(hua)就(jiu)会损坏(huai)了，但(dan)一(yi)般(ban)(ban)有(you)的(de)(de)(de)电(dian)(dian)路加了保(bao)(bao)护就(jiu)是利用(yong)二(er)极(ji)管(guan)(guan)的(de)(de)(de)单向导(dao)通来保(bao)(bao)护。在就(jiu)是电(dian)(dian)容了，电(dian)(dian)容里有(you)正(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)负(fu)之分的(de)(de)(de)就(jiu)是电(dian)(dian)解电(dian)(dian)容了，如(ru)果(guo)(guo)正(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)负(fu)接反(fan)严重的(de)(de)(de)话(hua)其外壳(qiao)发生爆裂。

主要元件二(er)极(ji)管。开关管振荡(dang)变压(ya)器。取样。调宽管。还有(you)振荡(dang)回路(lu)电阻电容(rong)等参开关电路(lu)原理。

逆变(bian)器的(de)主功(gong)(gong)率(lv)元件(jian)(jian)的(de)选择至关重要，目前使(shi)用(yong)较(jiao)(jiao)多的(de)功(gong)(gong)率(lv)元件(jian)(jian)有(you)达(da)林顿功(gong)(gong)率(lv)晶体管(guan)（BJT），功(gong)(gong)率(lv)场效应管(guan)（MOSFET），绝缘栅(zha)晶体管(guan)（IGBT）和(he)可关 断晶闸管(guan)（GTO）等(deng)，在小(xiao)容(rong)(rong)量(liang)低(di)压(ya)(ya)(ya)系(xi)统(tong)(tong)中(zhong)使(shi)用(yong)较(jiao)(jiao)多的(de)器件(jian)(jian)为(wei)MOSFET，因(yin)为(wei)MOSFET具(ju)有(you)较(jiao)(jiao)低(di)的(de)通态(tai)压(ya)(ya)(ya)降和(he)较(jiao)(jiao)高的(de)开关频率(lv)，在高压(ya)(ya)(ya)大容(rong)(rong)量(liang)系(xi)统(tong)(tong)中(zhong)一般 均(jun)采用(yong)IGBT模块(kuai)，这是因(yin)为(wei)MOSFET随(sui)着电压(ya)(ya)(ya)的(de)升高其通态(tai)电阻也随(sui)之增大，而IGBT在中(zhong)容(rong)(rong)量(liang)系(xi)统(tong)(tong)中(zhong)占(zhan)有(you)较(jiao)(jiao)大的(de)优势(shi)，而在特(te)大容(rong)(rong)量(liang)（100KVA以 上）系(xi)统(tong)(tong)中(zhong)，一般均(jun)采用(yong)GTO作(zuo)为(wei)功(gong)(gong)率(lv)元件(jian)(jian) 。

大件(jian)：场效应管或IGBT、变(bian)压(ya)器、电容、二(er)极管、比(bi)较器以(yi)及(ji)3525之类的主控。交(jiao)直交(jiao)逆变(bian)还有整流滤(lv)波。功(gong)率大(da)小和精度，关系着(zhe)电路(lu)的(de)复杂程度。

IGBT（绝缘栅(zha)双极晶体(ti)(ti)管）作(zuo)为新(xin)型电(dian)(dian)(dian)(dian)力半导(dao)(dao)体(ti)(ti)场控自关断器件，集功(gong)率MOSFET的高(gao)(gao)(gao)速性(xing)能与双极性(xing)器件的低(di)(di)电(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)于一体(ti)(ti)，具有输入阻(zu)抗高(gao)(gao)(gao)，电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)控制功(gong)耗低(di)(di)，控制电(dian)(dian)(dian)(dian)路简单，耐高(gao)(gao)(gao)压(ya)，承受电(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)大等(deng)特性(xing)，在各种电(dian)(dian)(dian)(dian)力变(bian)换中获得极广泛的应用。与此(ci)同时(shi)，各大半导(dao)(dao)体(ti)(ti)生(sheng)产厂商不(bu)断开发(fa)(fa)IGBT的高(gao)(gao)(gao)耐压(ya)、大电(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)、高(gao)(gao)(gao)速、低(di)(di)饱和压(ya)降(jiang)、高(gao)(gao)(gao)可靠性(xing)、低(di)(di)成本(ben)技术，主(zhu)要采用1um以下(xia)制作(zuo)工艺(yi)，研制开发(fa)(fa)取得一些新(xin)进展。

1、全控型逆变器工作原理

为通(tong)常使(shi)用的(de)单(dan)相(xiang)输出的(de)全桥逆变主电路，交流(liu)元件(jian)采用IGBT管Q11、Q12、Q13、Q14。并由PWM脉宽调制控(kong)制IGBT管的(de)导通(tong)或截止。

当逆变器(qi)(qi)(qi)电(dian)路(lu)接上直流电(dian)源后(hou)，先由Q11、Q14导通，Q1、Q13截(jie)止，则电(dian)流由直流电(dian)源正极(ji)(ji)输出，经Q11、L或(huo)感、变压(ya)(ya)(ya)器(qi)(qi)(qi)初级(ji)线(xian)圈图1-2，到Q14回到电(dian)源负极(ji)(ji)。当Q11、Q14截(jie)止后(hou)，Q12、Q13导通，电(dian)流从电(dian)源正极(ji)(ji)经Q13、变压(ya)(ya)(ya)器(qi)(qi)(qi)初级(ji)线(xian)圈2-1电(dian)感到Q12回到电(dian)源负极(ji)(ji)。此(ci)时(shi)，在(zai)变压(ya)(ya)(ya)器(qi)(qi)(qi)初级(ji)线(xian)圈上，已(yi)形成(cheng)正负交(jiao)变方波(bo)，利用高频PWM控(kong)制(zhi)，两对IGBT管交(jiao)替重复，在(zai)变压(ya)(ya)(ya)器(qi)(qi)(qi)上产(chan)生交(jiao)流电(dian)压(ya)(ya)(ya)。由于LC交(jiao)流滤波(bo)器(qi)(qi)(qi)作用，使(shi)输出端形成(cheng)正弦波(bo)交(jiao)流电(dian)压(ya)(ya)(ya)。

当Q11、Q14关断时，为了释放储存能量，在(zai)IGBT处并联二级(ji)管D11、D12，使能量返回(hui)到直(zhi)流电源中去。

2、半控型逆变器工作原理

半(ban)控型逆变(bian)器(qi)采(cai)用晶闸管元件。Th1、Th2为交(jiao)替工(gong)作的(de)晶闸管，设(she)Th1先触发(fa)导通，则电(dian)(dian)(dian)流(liu)通过变(bian)压器(qi)流(liu)经Th1，同时(shi)由于(yu)变(bian)压器(qi)的(de)感应作用，换向(xiang)电(dian)(dian)(dian)容器(qi)C被充(chong)电(dian)(dian)(dian)到大的(de)2倍的(de)电(dian)(dian)(dian)源电(dian)(dian)(dian)压。按(an)着Th2被触发(fa)导通，因Th2的(de)阳(yang)极(ji)加反(fan)向(xiang)偏压，Th1截止，返回阻断状(zhuang)态(tai)。这样，Th1与(yu)Th2换流(liu)，然后(hou)电(dian)(dian)(dian)容器(qi)C又反(fan)极(ji)性充(chong)电(dian)(dian)(dian)。如此交(jiao)替触发(fa)晶闸管，电(dian)(dian)(dian)流(liu)交(jiao)替流(liu)向(xiang)变(bian)压器(qi)的(de)初级(ji)，在变(bian)压器(qi)的(de)次级(ji)得到交(jiao)流(liu)电(dian)(dian)(dian)。

在电(dian)(dian)路中(zhong)，电(dian)(dian)感L可(ke)以限制换向(xiang)(xiang)电(dian)(dian)容C的(de)放电(dian)(dian)电(dian)(dian)流(liu)，延长放电(dian)(dian)时间(jian)，保证电(dian)(dian)路关断时间(jian)大(da)于晶闸管(guan)的(de)关断时间(jian)，而不需(xu)容量很大(da)的(de)电(dian)(dian)容器。D1和(he)D2是2只反馈二极管(guan)，可(ke)将(jiang)电(dian)(dian)感L中(zhong)的(de)能量释(shi)放，将(jiang)换向(xiang)(xiang)剩余的(de)能量送(song)回(hui)电(dian)(dian)源，完成能量的(de)反馈作用。

逆变器故障分析

在(zai)了解逆变器工作(zuo)原(yuan)理之后，我们来看看逆变器故(gu)障分(fen)析。线路板经过运输(shu)或(huo)是老化后可能出现(xian)一些异常(chang),不能正常(chang)工作,那此时我们首先(xian)要(yao)确(que)认(ren)好异常的具(ju)体现象,再(zai)根据(ju)现象判断出(chu)线路中(zhong)有可(ke)能引起此异常的一个或(huo)是几个器(qi)件,再(zai)逐(zhu)个去(qu)排除,当然不良(liang)现象也可(ke)能是输(shu)入(ru)或(huo)是输(shu)出(chu)端子接触不好引起的。根据(ju)以(yi)往的一些不良(liang)现象,在此总结出(chu)一些分析与解决不良(liang)现象的方(fang)法以(yi)便大家分享与讨论(lun)。

1、无(wu)(wu)光(guang)现象:首先(xian)检(jian)查(cha)(cha)输(shu)(shu)(shu)(shu)入与输(shu)(shu)(shu)(shu)出(chu)端(duan)子(zi)以确定输(shu)(shu)(shu)(shu)入与输(shu)(shu)(shu)(shu)出(chu)信号是否(fou)正(zheng)(zheng)常(chang),无(wu)(wu)输(shu)(shu)(shu)(shu)入则(ze)肯定无(wu)(wu)光(guang),输(shu)(shu)(shu)(shu)出(chu)端(duan)子(zi)接(jie)触不(bu)好则(ze)可(ke)能触发逆变器被保(bao)护导致无(wu)(wu)光(guang)。然后检(jian)查(cha)(cha)线(xian)(xian)(xian)路板(ban)本身,检(jian)查(cha)(cha)线(xian)(xian)(xian)路板(ban)时建议首先(xian)确认保(bao)护线(xian)(xian)(xian)路是否(fou)正(zheng)(zheng)常(chang),先(xian)去掉保(bao)护线(xian)(xian)(xian)路,如(ru)果(guo)板(ban)子(zi)能正(zheng)(zheng)常(chang)点(dian)亮(liang)屏(ping)则(ze)表明保(bao)护线(xian)(xian)(xian)路工作不(bu)正(zheng)(zheng)常(chang);如(ru)果(guo)板(ban)子(zi)不(bu)能正(zheng)(zheng)常(chang)点(dian)亮(liang)屏(ping)则(ze)可(ke)以判断(duan)无(wu)(wu)光(guang)现象不(bu)是由保(bao)护线(xian)(xian)(xian)路引起的。

此时去掉(diao)保(bao)护线路以便检查其(qi)它功能(neng)线路,检查时建议从IC处分做(zuo)两(liang)块,如果IC能(neng)够正常(chang)工作则表(biao)(biao)明前段(duan)线路正常(chang)而后(hou)段(duan)不正常(chang),后(hou)段(duan)线路就只剩下MOS与变(bian)压器(qi)等(deng)主要器(qi)件(jian),那我(wo)们就能(neng)够缩小(xiao)范围只需检查MOS与变(bian)压器(qi)是(shi)(shi)否正常(chang);如果IC无输(shu)出则表(biao)(biao)明IC前段(duan)线路或者 是(shi)(shi)IC本身(shen)不正常(chang)。

2、闪屏(ping)(ping)现象:即屏(ping)(ping)被点亮而又很(hen)快熄灭,此时(shi)应着(zhe)重检查(cha)保护线路以及输出端子是否接触不(bu)好。

3、闪烁(shuo)现(xian)象:即(ji)屏一(yi)直闪烁(shuo),此时应着重检查(cha)变压器(qi)与高压陶(tao)瓷电容,还(hai)有输出端子。

4、暗(an)屏现象:即亮度很低或是一(yi)边较暗(an),此时应着(zhe)重(zhong)检查变压器(qi),可(ke)能是变压器(qi)损坏(huai)或是引(yin)脚(jiao)空焊或者虚焊所(suo)引(yin)起。

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