我们都知晓，变频器在我们的现实生活里应用极为广泛。我们也知晓，逆变器在我们的现实生活里应用极为广泛。那么，你知道它们的工作原理吗？

一、基础概念

AC 指交流电，DC 指直流电。逆变器能把直流电能（例如电池、蓄电瓶等）转变为交流电（像 220V、50Hz 正弦波等），并且其频率还可进行调节。其转换关系是“直->交”。变频器则是将输入的交流电转换为所需频率的交流电输出，其转换关系为“交->直->交”或“交->交”。

一般“交->直->交”这种方式较为常见。首先会把交流电转换成直流电，接着再把直流电转为交流电，也就是“整流 逆变”的过程。“交->直”的原理大家想必都知晓，然而“直->交”大概很多人都不太清楚。接下来主要围绕“直->交”进行讲述，也就是逆变器的相关原理。

二、什么是交流电？

交流电的电流方向会随时间作周期性变化。在一个周期内，其运行的平均值为零。

交流电（AC）的波形通常为正弦曲线，比如家用 220V 交流电。交流电能够有效传输电力。然而实际上，还应用着其他的波形，像三角形波、正方形波。

三、正方形波A.C产生原理

在讲述正弦波生成之前，让我们来看方波 A.C 是怎样产生的。实际上，旧式逆变器是用来产生简单的方波并将其作为输出的。

正方形波A.C输出方法：

一个输入电源，能够通过控制 4 个 MOS 管的开关，进而改变在 A、B 两点电流的方向，此电路被称作全桥逆变器。

正向电流使 S1 和 S4 处于接通状态，同时 S2 和 S3 处于断开状态。在这种情况下，经过 AB 点的电流呈现为正向，具体情况如下图所示：

反向电流与前面的情况相反。当断开 S1 和 S4，同时接通 S2 和 S3 时，经过 AB 点的电流是反向的，就如同下面的图所示：

四、脉冲宽度调制 - 纯正弦波产生

上面介绍了正方形波的产生原理，接下来讲述正弦波的产生。

正方形波->正弦波的过程，我们称之为脉冲宽度调制。

脉冲宽度调制的逻辑较为简单，它通过不同宽度的脉冲来产生直流（DC）电压。在那些需要更高振幅的区域，它会生成宽度更大的脉冲，就如下面的图所展示的那样。

提高精度

如果你在较短的时间间隔内对这些脉冲进行平均，会发生什么呢？你会发现，平均后的脉冲形状看起来很像正弦曲线，这会让你感到惊讶。而且，所使用的脉冲越精细，正弦曲线的形状就越好，就如同下面的图所示。

五、如何制作脉冲以及如何做出平均值

上面章节把实现产生正弦波的方法和原理进行了讲述。现在面临的问题是怎样制作这些脉冲呢？我们要用什么方式来对它们进行平均呢？

在实际的逆变器里，是由两个比较器来达成的。比较器会把正弦波跟三角波进行对比。其中一个比较器运用正常的正弦波，而另一个比较器则运用反相正弦波。第一个比较器对 S1 和 S2 开关进行控制，第二个比较器对 S3 和 S4 开关进行控制，就如同下面的图所示：

S1和S2确定A点的电压，另外两个开关确定B点的电压。

你可以看到一个分支，该分支是比较器输出的，并且配有逻辑非门。这样就能保证，当 S1 处于 ON 状态时，S2 会处于 OFF 状态；而当 S1 处于 OFF 状态时，S2 会处于 ON 状态，即反之亦然。

这也意味着，我们永远不能同时打开S1和S2（不会短路）。

PWM 的开关逻辑较为简单。如果正弦波值大于三角波，那么比较器就会产生信号 1；倘若正弦波值不大于三角波，比较器就会产生信号 0。

六、比较器输出

1.切换逻辑

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现在按照该逻辑来观察第一比较器的电压变化情况。MOS 管上的控制信号是 1，这表明在 A 点产生了电压脉冲。

我们应用相同的开关逻辑，然后观察在 B 点产生的电压。因为我们在 A 点和 B 点之间测量输出电压，所以净电压将会是 A 点和 B 点之间的差值。

三角波越精细，脉冲序列就越精确：

七、滤波，平均

要使其成为真正的正弦波，需要利用电感和电容这类储能元件来使电压电流变得平滑，而这些元件被称作无源滤波器。

电感器的作用是平滑电流，电容器的作用是平滑电压。通过逆变桥，再加上良好的 PWM 技术以及无源滤波器，就能够产生满足要求的正弦波电压。

拓展内容：对于逆变器而言，我们前面所讲述的逆变器仅有两级电压。那么，如果我们再引入一个新的电压等级，情况会是怎样的呢？

如上图所示，通过使用电压等级，能够更优地逼近正弦波，同时还能减少瞬时误差。这种多级逆变器技术被应用于风力涡轮机和电动汽车等对精度要求较高的领域。关于文章的相关内容，都汇总在这个视频里。

文章就写到这里，希望本文对大家有所帮助。（文章素材来源。）