在讀大學的時候，開關電源這門課，在我映像里都是寫鋪天蓋地推導公式，讓人看得眼花繚亂，精髓真的很難把握，同感的舉個爪!其實開關電源這門課真的很實用，大到航天電網，小到家電玩具，各個角落都有它的身影，別不信，你現在玩的電腦或者手機里都有它的存在。

開關電源真的很有趣，在開關管、二極管、電感、電容、電阻的配合下，就把一種電源變為另一種電源，滿足各種電器設備的使用。

開關電源的種類有很多，主要分三類DC-DC(直流電源轉化為直流電源)、AC-DC(交流電源轉化為直流電源)、DC-AC(直流電源轉化為交流電源)，這只是開關電源的幾種類型，在每種類型下，又各自有很多種電路，比如DC-DC類，它又分為boost電路(升壓電路)、buck電路(降壓電路)、flyback電路(buck類)、cuk電路、buck-boost電路等，各種電路都有各自的特性和作用。

今天我們展示的內容是開關電源中的DC-AC類，也就是我們常說的逆變器，逆變器的作用即使把直流電變為需要的交流電。說到這里，有人會問我，逆變器的運用場景有什么呢?

逆變器的重要運用之一就是可以用來給交流電機調速，只要改變電機的勵磁線圈中的勵磁電流的頻率，那么電機中的磁場頻率旋轉頻率也在變，磁場頻率在變，那么電機的轉速就會改變。

逆變器的另一個重要的運用是工業冶煉爐，冶煉爐的爐體通過帶高頻電流的線圈作用進行升溫(渦流效應)，進而對爐內的礦物進行冶煉。

除此之外，逆變器還運用在新能源設備的發電上，新能源包括太陽能發電、風力發電、地熱發電、海浪發電等，這些設備的都是把自然界的其他形式的能量轉化為電能，這個電能除了自己的用電設備使用外，還可以把電賣給電網，嘿嘿，是不是發現了一個賺錢之道!但是你賣電之前要做的事就是要把你發的電調制成電網要求的形式，比方說330KV/50HZ，如果你不按要求調制的話，那么你發的電就賣不出去了，至于賣不出去的原因大家可以百度下，這里不是我介紹的重點，你只需要知道，你發的電質量太差，頻率和幅值都是不穩定的，直接輸送電網會對電網和電網上的設備造成危害。在調制過程中就使用到逆變器，他把各式各樣的發電設備發出來并轉化成直流電進行頻率調制，頻率調制好后的交流電在通過電力變壓器進行升壓，最終就實現了新能源設備發的電傳輸到電網。

逆變器真的很好玩，直接把直流電轉化為交流電。

逆變器的整個工作原理是什么樣的呢?

今天的講解我這里就只用單相逆變器進行闡述了，因為我的電腦太卡了，只能仿真簡單的，復雜的運行不起來，大家諒解下。

單相逆變器的原理就是一個H橋，該電路由四部分組成，15V直流源、4個開關管(M1、M2、M3、M4，M1和M4是PMOS管，M2和M3是NMOS管)、電感L1、開關管控制電源(PWM1、PWM2，PWM1和PWM2的控制邏輯相反)

實驗電路

H橋的原理就是四個開關管在同一個時刻，只有對角上的兩個管子導通，另一個對角上的兩個管子處于關斷，下一個時刻兩個對角的管子的開通和關斷的邏輯相反，比如說，t=0s時，M1和M3處于開通狀態，M2和M4處于關斷狀態;t=0.5s時，M2和M4處于開通狀態，M1和M3處于關斷狀態。根據上面的講解，那么我們就知道，控制M1和M3的控制信號的邏輯要一致，控制M2和M4的控制信號的邏輯要一致，并且控制M1和M3的信號的邏輯與控制M2和M4的信號的邏輯要相反。

如果4個開關管都是NMOS的情況，我們直接按照上面的講解的邏輯直接驅動開關管，但不幸的是，我們搭建的H橋使用的M1和M4是PMOS，而不是NMOS。如果我們使用了NMOS，會存在一個問題，M1和M4的地會隨著電感兩端的電壓變化而變化，該地是浮動地，因此要正常驅動M1和M4就要使用一個帶有浮動地的電源，也不是不可以搭建，但是想想自己電腦的配置，瞬間沒了動力，因此這里就使用PMOS了，使用PMOS就不用單獨搭建一個浮動地電源。

PMOS開通要求門極(G)電壓比漏極(D)電壓低10V即可，PMOS關斷要求門極(G)電壓和漏極(D)電壓一致即可;NMOS開通要求門極(G)電壓比漏極(D)電壓高10V即可，NMOS關斷要求門極(G)電壓等于漏極(D)電壓即可。看到這里我猜有人會問，為什么是10V呢?因為一般大功率的MOS管(不分PMOS還是NMOS)的開通電壓一般為兩倍的閾值電壓即可，而一般的大功率的開關管的閾值電壓的絕對值大概就是5V左右，因此這里選擇10V。

因此直接綜上，我們加入兩個PMOS后的控制邏輯如下：M1和M2一致，M3和M4一致，M1和M2與M3和M4控制邏輯相反。

至于控制的信號產生，我們這里使用一個三角波和一個正弦波進行比較輸出控制信號PWM，正弦波是我們逆變輸出的參考波形，這個參考波形頻率是10HZ，那么也就決定了我們逆變輸出的正弦波的頻率也是10HZ，

參考正弦波

三角波

比較輸出控制波形PWM_1

比較輸出控制波形PWM_1展開細節

PWM_1輸出波形的整個過程中的波形展示

控制波PWM_1和PWM_2的波形展示

控制波PWM_1和PWM_2的波形細節展示

逆變輸出正弦波展示

逆變輸出正弦波細節展示

我們可以從上面的仿真輸出結果看出，輸出的正弦波的幅值為200多安培，注意逆變器輸出的是電流型的正弦波，不是我們正常說的電壓正弦波!逆變的過程就是利用了電感的電流不能突變的原理，根據我們高中的知識，電感兩端的電壓和電流滿足要求：

UL=L*di/dt

兩邊同時對時間進行積分得：IL=Ut/L

電感兩端的電壓是常量，也就是我們的直流電源15V，UL=15V(忽略開關管的壓降)，t是每次開關管的開通的時間，這個時間是變化的，從上面的PWM波就可以看出來，L就是我們的電感0.3mH，根據上面的公式就可以計算出每一次開關后電感上面的電流變化的大小，電流變化的情況可以從最后一幅圖中看出，逆變輸出的波形上面的鋸齒狀的變化就是每次開關管造成的電感的電流的變化，電感越小電流變化的越明顯，我們把電感從0.5mH變為0.05mH的輸出波形如下，明顯看出電感的電流變化更大了，也可以說輸出的正弦波的紋波更大了。

0.05mH的輸出波形

從上面的演示結果來看，逆變的原理是不是更清晰了。逆變沒有那么復雜，主要就是通過開關管搭建的回路讓直流電源短時間給電感充放電，電感天生擁有電流不會突變的特性，這就意味著電感每次開關只會讓電感上的電流小幅度變化，這就是DC-AC的精妙之處。我也不是光說不練的假把式，我曾經開發過風電的IGBT驅動器，做過連續功率、雙脈沖、短路等強功率試驗，對這些還是基本能運籌帷幄，我這次目的就是想讓大家好好了解下逆變器的原理，希望我的經驗助你進步一臂之力!