我对逆变电路原理和pwm脉宽调制的一点理解

首先必须明白:逆变电路就是把直流电变成交流电的电路

其次,需要明白pwm的原理

什么是PWM:PWM,英文名Pulse Width Modulation,是脉冲宽度调制缩写,它是通过对一系列脉冲的宽度进行调制,等效出所需要的波形(包含形状以及幅值),对模拟信号电平进行数字编码,也就是说通过调节占空比的变化来调节信号、能量等的变化,占空比就是指在一个周期内,信号处于高电平的时间占据整个信号周期的百分比,例如方波的占空比就是50%.

好吧,上面是我抄的废话,说简单了就是,通过调整方波的不同占空比,使得单位时间的平均值发生改变,近似可以得到你想要的任何波形。

例如下图

我对逆变电路原理和pwm脉宽调制的一点理解插图

我对逆变电路原理和pwm脉宽调制的一点理解插图2

 

好吧现在正式开始逆变电路的解释,以下来自知乎,稍作修改

什么是直流电/交流电?

我对逆变电路原理和pwm脉宽调制的一点理解插图4

直流电DC:大小和方向都不变的电流,称为直流电,简称DC。

交流电AC:大小和方向随时间周期性变化的电流,被称为交流电,简称AC。一个循环内,交流电电压的平均值为0。

我对逆变电路原理和pwm脉宽调制的一点理解插图6

方形交流电是怎么产生的?

我们先来看一个神奇的电路。它有四个开关,一个电源和一个输出点,是最简单的逆变电路。

我对逆变电路原理和pwm脉宽调制的一点理解插图8

开关S1、S4闭合,电路接通,用电器的电流方向向右。

人为控制反转开关,S1、S4打开,S2、S3闭合。通过用电器的电流也发生反转,方向变成向左。如果不断的打开和闭合两个开关,最简单的方形交流电就产生了

家用交流电的频率是50Hz,意味着每秒钟需要打开和关闭电路100次,而新能源汽车上,驱动电机需要的开关频率更是远高于此。

那么第二个问题来了。如此高频的操作,怎么实现呢?

我对逆变电路原理和pwm脉宽调制的一点理解插图10

这就需要功率半导体元器件的参与,例如IGBT和MOSFET。这些每秒可以开关数千、甚至几万次。再通过控制信号,就可以很容易地控制电路变化。

第三个问题来了,正弦交流电是怎么产生的?

将开关按照固定频率打开和闭合,产生了方形交流波。通过频繁的开关,我们可以实现如下图这样有规律的方波交流电。

我对逆变电路原理和pwm脉宽调制的一点理解插图12

如果将开关按照变化的频率打开和闭合,在想要更大输出的地方,产生更大的脉冲(打开开关的时间更长,关闭开关的时间更短),脉冲波则会变成这样。(突然间意识到Arduino单片机的pwm波输出也是这样)

我对逆变电路原理和pwm脉宽调制的一点理解插图14

接着我们对单位时间的脉冲波求平均值,神奇的事情发生了。

我对逆变电路原理和pwm脉宽调制的一点理解插图

打开开关的时长占比不同,导致平均电压产生了差异。

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如果我们人为控制这样的开关频率,你会惊奇的发现,形成的平均电压,非常接近一条正弦曲线。而且脉冲越精确,切换频率越高,曲线越光滑。

我对逆变电路原理和pwm脉宽调制的一点理解插图18

 

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