第1章逆变器基础

1、逆变器基础：拓扑结构分类、工作原理与核心参数

各位同学，咱们今天聊聊逆变器最基础的东西。说实话，我入行那会儿，第一个接触的就是单相半桥逆变器。那时候觉得这东西挺简单，不就是把直流变成交流嘛。后来踩的坑多了，才发现里面门道真不少。

逆变器的拓扑结构，说白了就是功率管的连接方式。我习惯先按相数分，再按桥臂分。

单相逆变器，一般用在家庭光伏、小功率UPS这些场合。功率通常在5kW以下。你想想看，家里空调、冰箱都是单相电，所以单相逆变器最接地气。

三相逆变器呢，工业场合见得最多。电机驱动、大功率并网发电，都是三相的。我记得有一次给一个工厂做项目，客户非要拿单相逆变器带三相电机，结果电机抖得像跳舞——嗯，这肯定不行。

半桥结构，两个功率管串联，中间抽头输出。优点是管子少、驱动简单。但输出电压只有母线电压的一半。我在做小功率实验电源时特别喜欢用半桥，成本低、调试快。

全桥结构，四个功率管组成H桥。输出电压可以做到母线电压的幅值，功率也更大。我建议做1kW以上的逆变器，优先考虑全桥。虽然管子多一倍，但电流应力小很多。

我的经验之谈： 半桥适合低压小功率（<1kW），全桥适合中高压大功率（>1kW）。别为了省两个管子选半桥，结果电流太大把管子烧了，得不偿失。

逆变器怎么工作的？说白了就是开关管的通断组合。

拿单相全桥举例。四个开关管Q1-Q4，按对角线导通。Q1和Q4导通时，负载得到正电压；Q2和Q3导通时，负载得到负电压。交替导通，输出就是交流方波。

但方波谐波太多，实际中我们用的是SPWM（正弦脉宽调制）。用正弦波和三角波比较，生成一系列宽度变化的脉冲。脉冲宽度按正弦规律变化，经过滤波后就能得到正弦波。

// 简单的SPWM生成思路（伪代码）
for each PWM周期:
    采样正弦波值 sin(θ)
    与三角载波比较
    if sin(θ) > 载波:
        输出高电平
    else:
        输出低电平
    θ += 步进角度

我曾经犯过一个低级错误：载波频率设得太低，只有2kHz。结果输出波形里全是 audible noise（可听噪声），电感嗡嗡响，客户投诉说像进了变电站。后来我把载波提到16kHz，问题就解决了。

小技巧： 载波频率一般选10kHz-20kHz。低于10kHz可能有噪声，高于20kHz开关损耗会明显增加。我个人习惯用16kHz，兼顾噪声和效率。

评价一个逆变器好不好，主要看三个参数：效率、THD、功率密度。

效率 = 输出功率 / 输入功率。听起来简单，但实际损耗分析很复杂。开关损耗、导通损耗、磁芯损耗、铜损...我见过一个项目，效率卡在95%上不去，最后发现是PCB走线太细，铜损占了2%。

目前主流逆变器效率在96%-98%之间。用SiC器件的可以做到99%以上，但成本也上去了。

THD衡量输出波形有多「干净」。理想正弦波THD=0%，实际中能做到3%以下就算不错了。并网逆变器要求THD<5%，有些严格场合要求<3%。

影响THD的因素很多：调制方式、滤波电感大小、死区时间、直流母线纹波...我记得有一次THD做到4.5%，死活降不下去。后来发现是死区时间设了3μs，改成1.5μs后THD降到了2.8%。

注意： 死区时间不能太小，否则上下管直通会炸管子。我建议死区时间设为开关周期的1%-2%，再根据实测波形微调。

功率密度 = 输出功率 / 体积（或重量）。单位是W/cm³或W/kg。现在逆变器越做越小，功率密度越来越高。十年前1kW的逆变器有鞋盒那么大，现在能做到巴掌大小。

提高功率密度的方法：提高开关频率（减小磁性元件）、用集成模块、优化散热设计。但频率高了开关损耗也大，这是个trade-off。

我个人习惯，做产品设计时先定效率目标，再优化功率密度。效率是硬指标，功率密度是加分项。别为了把体积做小，把效率做低了，客户不买账。

总结一下： 拓扑选型看功率等级和成本，工作原理核心是SPWM调制，核心参数里效率排第一、THD排第二、功率密度排第三。这三个参数互相制约，设计时要权衡取舍。

好了，这一章就讲到这里。下一章咱们聊聊开关管的选型，那也是个容易踩坑的地方。