逆变器之逆变原理
一、什 么 是 逆 变 器
逆变器是把直流电源转换成定频定压或调频调压交流电的转换器，直流电源的输入可以是蓄电池、光伏板等，经过逆变器后出来一定功率的交流电。
它在许多电力应用中起着关键作用，特别是在太阳能电池板和风力发电机等可再生能源系统中。逆变器允许将从这些可再生能源设备产生的直流电转换为家庭或工业用途的交流电。
在太阳能系统中，太阳能电池板产生的电流是直流的，但大多数家庭和工业设备使用交流电。逆变器通过周期性地改变直流电的方向和幅度，以产生类似于市电的交流电。这使得可再生能源系统能够与传统的电力网络相连接，并为用户提供可用于电力设备和家电的电能。
逆变器还在其他应用中发挥作用，例如电动汽车充电器、电力传输和UPS（不间断电源）系统等。逆变器的类型和规格各不相同，以适应不同的应用需求。
二、逆 变 器 的 分 类
按照不同的分类方式可以分为：并网逆变器、离网逆变器、单相逆变器、三相逆变器、组串式逆变器、集中式逆变器、微型逆变器等等。这里就不对每种类型展开说明，篇幅太长，我们今天主要是从零开始做离网型的单相逆变器，进而过渡到单相并网逆变器。
什么是离网、并网呢？简单的来说离网就是不接入我们的市电的逆变器，并网是把逆变器的输出和电网相连并保证和电网是同频同相。
三、逆 变 器 的 工 作 原 理
说原理之前我们先来简单的看一下H桥电路，如下：
通过H桥不同MOS的导通可以切换流经负载R的电流方向，当G1和G4导通，G2和G3关断时，电流流向如图，假设记此时负载电压为正，则负载电压UR = +Udc。
当G2和G3导通，G1和G4关断时，电流流向如图，负载电压UR = -Udc。
当不停的重复上述开关顺序时，可以观测到负载上的电压变化范围是在+Udc和-Udc之间交变切换的，就得到一个交变的波形。此时已经把直流电变成交流电了，只不过不是正弦波，下面就要把这个交变信号处理成近似正弦波。
四、脉 冲 宽 度 调 制 PWM
脉冲宽度调制（PWM，Pulse Width Modulation）是一种调制技术，用于在数字电子电路中控制模拟信号的方法。它通过改变脉冲信号的宽度，以调制信号的幅度或能量，从而产生与模拟信号相似的效果。
在PWM中，周期固定，但脉冲的宽度随着模拟信号的变化而调整。通常，PWM被广泛用于电源控制、电机驱动、逆变器、音频放大器等应用。其中，脉冲的宽度与模拟信号的幅度成正比。
PWM的工作原理如下：
- 固定周期：确定一个固定的周期，即脉冲的重复时间。
- 脉冲宽度调整：根据比较结果，调整脉冲的宽度。如果模拟信号的幅度较大，脉冲的宽度将增加；如果模拟信号的幅度较小，脉冲的宽度将减小。
- 输出脉冲：输出的脉冲具有可调的宽度，其平均值对应于模拟信号的幅度。
在电源控制中，PWM被用于调整开关电源的输出，以提供稳定的直流电压。在电机驱动中，PWM用于控制电机的速度和方向。在逆变器中，PWM用于将直流电转换为交流电。
五、SPWM
了解了PWM的工作原理之后，我们可以通过PWM模拟一个正弦信号，根据正弦波的幅值改变PWM的占空比，就产生了SPWM，SPWM的全称就是Sine Wave Pulse Width Modulation。SPWM的基本原理是通过调整脉冲宽度，使得输出波形的谐波含量降低，最终接近正弦波。
用SPWM波分别控制H桥，就能产生近似正弦波的脉冲宽度，后级再经过LC或LCL滤波，去除高频谐波，就能调制出比较好看的正弦波形。
六、逆变器的完整工作流程
以一个太阳能逆变器为例：
直流输入：从太阳能板输入不稳定的直流电。
DC-DC升压：通过升压电路，将直流电压稳定提升到足够高的、适合逆变的直流电压（如400V直流）。
全桥逆变：由微处理器控制全桥电路中的IGBT/MOSFET，按照SPWM的规律高速开关。
SPWM生成：CPU生成50Hz的正弦调制波和高频三角载波，比较后产生SPWM驱动信号，控制开关管。
输出滤波：逆变桥输出的高频SPWM波经过LC滤波器，滤除载波频率及其谐波，还原出纯净的50Hz正弦波交流电。
并网/用电：纯净的交流电可以供给家庭电器使用，或者通过同步控制并入公共电网。
七、逆变器的类型（按输出波形划分）
方波逆变器：最简单、成本最低，但波形质量差，对许多电器不适用，已基本淘汰。
修正弦波逆变器：实际上是阶梯波，比方波好，但仍含有谐波，可能干扰精密电器。成本适中。
纯正弦波逆变器：波形与市电完全相同或更优，兼容所有电器，效率高，是现代主流和高性能逆变器的标准。