h桥应用于逆变器
h桥应用于逆变器
基本概念
H桥(H-Bridge), ，因外形与H相似故得名，常用于逆变器(DC-AC转换，即直流变交流)。通过开关的开合，将直流电(来自电池等)逆变为某个频率或可变频率的交流电，用于驱动交流电机(异步电机等)。
工作原理
如右图所示单相桥式逆变电路工作原理开关T1、T4闭合，T2、T3断开:u0=Ud; 开关T1、T4断开，T2、T3闭合:u0=- Ud; 当以频率fS交替切换开关T1、T4和 T2 、T3 时 ， 则 在 负载电 阻 R上 获 得交变电压波形(正负交替的方波)，其周期 Ts=1/fS，这样，就将直流电压E变成了 交流电压uo。uo含有各次谐波，如果想 得到正弦波电压，则可通过滤波器滤波 获得。
主电路开关T1~T4，它实际是各种半导体开关器件的 一种理想模型。逆变电路中常用的开关器件有快速晶闸管、可关断晶闸管(GTO)、功率晶体管(GTR)、功率场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅晶体管(IGBT)。
在实际运用中，开关器件存在损耗:导通损耗(conduction losses) 和换相损耗(commutation losses) 和门极损耗(gate losses)。其中门极损耗极小可忽略不计，而导通损耗和换相损耗随着开关频率的增加而增加。
h桥造价信息
H桥是一种电子电路，可使其连接的负载或输出端两端电压反相/电流反向。这类电路可用于机器人及其它实作场合中直流电动机的顺反向控制及转速控制、步进电机控制（双极型步进电机还必须要包含两个H桥的电机控制器），电能变换中的大部分直流-交流变换器（如逆变器及变频器）、部分直流-直流变换器（推挽式变换器）等，以及其它的功率电子装置。
H桥是一个典型的直流电机控制电路，因为它的电路形状酷似字母H，故得名与“H桥”。4个三极管组成H的4条垂直腿，而电机就是H中的横杠
H桥电路，既可以分立元器件形式搭建，也可以整合到集成电路上。“H桥”的名称起源于其电路，两个并联支路和一个负载接入/电路输出支路，看上去构成了形如“H”字母的电路结构。
H桥（H-Bridge), ，因外形与H相似故得名，常用于逆变器（DC-AC转换，即直流变交流）。通过开关的开合，将直流电（来自电池等）逆变为某个频率或可变频率的交流电，用于驱动交流电机（异步电机等）。
h桥应用于逆变器常见问题
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你用的IRF540或者IRF054吧？ 首先，我觉得，用5V给栅极，他就不会导通，因为它导通需要在10V左右。其次，你说导通后漏源极电压相等这也是正确的，而且它导通是要考虑Vgs，就像三极管的Vbe一...
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H桥的控制主要分为近似方波控制和脉冲宽度调制(PWM)和级联多电平控制。
近似方波控制
即quasi-square-wave-control, 输出波形比正负交替方波多了一个零电平(3-level)，谐波大为减少。
优点是开关频率较低，缺点是谐波成分高，需要滤波器的成本大。
脉冲宽度调制
即Pulse width modulation,分为单极性和双极性pwm. 随着开关频率的升高，输出电压电流波形趋于正弦，谐波成分减小，但是高开关频率带来一系列问题:开关损耗大，电机绝缘压力大，发热等等。
多电平
即multi-level inverter，采用级联H桥的方式，使得在同等开关频率下谐波失真降到最小，甚至不需要用滤波器，获得良好的近似正弦输出波形。
h桥应用于直流电机
由两个三极管，一个可以对正极导通实现上拉，另一个可以对负极导通实现下拉。
由两套这样的电路，在同一个电路中，同时一个上拉，另一个下拉，或相反，两者总是保持相反的输出，这样可以在单电源的情况下使负载的极性倒过来。由于这样的接法加上中间的负载画出来经常会像一个H的字样，故得名H桥。
驱动电路
图4.12中所示为一个典型的直流电机控制电路。电路得名于"H桥驱动电路"是因为它的形状酷似字母H。4个三极管组成H的4条垂直腿，而电机就是H中的横杠(注意:图4.12及随后的两个图都只是示意图，而不是完整的电路图，其中三极管的驱动电路没有画出来)。
如图所示，H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机。要使电机运转，必须导通对角线上的一对三极管。根据不同三极管对的导通情况，电流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。
图4.12 H桥驱动电路
要使电机运转，必须使对角线上的一对三极管导通。例如，如图4.13所示，当Q1管和Q4管导通时，电流就从电源正极经Q1从左至右穿过电机，然后再经Q4回到电源负极。按图中电流箭头所示，该流向的电流将驱动电机顺时针转动。当三极管Q1和Q4导通时，电流将从左至右流过电机，从而驱动电机按特定方向转动(电机周围的箭头指示为顺时针方向)。
图4.13 H桥电路驱动电机顺时针转动
图4.14所示为另一对三极管Q2和Q3导通的情况，电流将从右至左流过电机。当三极管Q2和Q3导通时，电流将从右至左流过电机，从而驱动电机沿另一方向转动(电机周围的箭头表示为逆时针方向)。
图4.14 H桥驱动电机逆时针转动
使能控制和方向逻辑
驱动电机时，保证H桥上两个同侧的三极管不会同时导通非常重要。如果三极管Q1和Q2同时导通，那么电流就会从正极穿过两个三极管直接回到负极。此时，电路中除了三极管外没有其他任何负载，因此电路上的电流就可能达到最大值(该电流仅受电源性能限制)，甚至烧坏三极管。基于上述原因，在实际驱动电路中通常要用硬件电路方便地控制三极管的开关。
图4.15 所示就是基于这种考虑的改进电路，它在基本H桥电路的基础上增加了4个与门和2个非门。4个与门同一个"使能"导通信号相接，这样，用这一个信号就能控制整个电路的开关。而2个非门通过提供一种方向输入，可以保证任何时候在H桥的同侧腿上都只有一个三极管能导通。(与本节前面的示意图一样，图4.15所示也不是一个完整的电路图，特别是图中与门和三极管直接连接是不能正常工作的。)
图4.15 具有使能控制和方向逻辑的H桥电路
采用以上方法，电机的运转就只需要用三个信号控制:两个方向信号和一个使能信号。如果DIR-L信号为0，DIR-R信号为1，并且使能信号是1，那么三极管Q1和Q4导通，电流从左至右流经电机(如图4.16所示);如果DIR-L信号变为1，而DIR-R信号变为0，那么Q2和Q3将导通，电流则反向流过电机。
图4.16 使能信号与方向信号的使用
实际使用的时候，用分立元件制作H桥是很麻烦的，市面上有很多封装好的H桥集成电路，接上电源、电机和控制信号就可以使用了，在额定的电压和电流内使用非常方便可靠。比如常用的L293D、L298N、TA7257P、SN754410等。
附两张分立元件的H桥驱动电路:
如图《H桥逆变（单相）》所示单相桥式逆变电路工作原理开关T1、T4闭合，T2、T3断开：u0=Ud； 开关T1、T4断开，T2、T3闭合：u0=－ Ud; 当以频率fS交替切换开关T1、T4和 T2 、T3 时 ， 则 在 负载电 阻 R上 获 得交变电压波形（正负交替的方波），其周期 Ts=1/fS，这样，就将直流电压E变成了 交流电压uo。uo含有各次谐波，如果想 得到正弦波电压，则可通过滤波器滤波 获得。
主电路开关T1~T4，它实际是各种半导体开关器件的 一种理想模型。逆变电路中常用的开关器件有快速晶闸管、可关断晶闸管（GTO）、功率晶体管（GTR）、功率场效应晶体管（MOSFET）、绝缘栅晶体管（IGBT）。
在实际运用中，开关器件存在损耗：导通损耗（conduction losses) 和换相损耗(commutation losses) 和门极损耗(gate losses)。其中门极损耗极小可忽略不计，而导通损耗和换相损耗随着开关频率的增加而增加。
H桥的控制主要分为近似方波控制和脉冲宽度调制（PWM）和级联多电平控制。
近似方波控制
即quasi-square-wave-control, 输出波形比正负交替方波多了一个零电平（3-level），谐波大为减少。
优点是开关频率较低，缺点是谐波成分高，需要滤波器的成本大。
脉冲宽度调制
即Pulse width modulation,分为单极性和双极性pwm. 随着开关频率的升高，输出电压电流波形趋于正弦，谐波成分减小，但是高开关频率带来一系列问题：开关损耗大，电机绝缘压力大，发热等等。
多电平
即multi-level inverter，采用级联H桥的方式，使得在同等开关频率下谐波失真降到最小，甚至不需要用滤波器，获得良好的近似正弦输出波形。
H桥的控制主要分为近似方波控制和脉冲宽度调制（PWM）和级联多电平控制。近似方波控制即quasi-square-wave-control, 输出波形比正负交替方波多了一个零电平（3-level），谐波大为减少。优点是开关频率较低，缺点是谐波成分高，需要滤波器的成本大。
H桥脉冲宽度调制
即Pulse width modulation,分为单极性和双极性pwm. 随着开关频率的升高，输出电压电流波形趋于正弦，谐波成分减小，但是高开关频率带来一系列问题：开关损耗大，电机绝缘压力大，发热等等。
H桥级联多电平控制
即multi-level inverter，采用级联H桥的方式，使得在同等开关频率下谐波失真降到最小，甚至不需要用滤波器，获得良好的近似正弦输出波形。 2100433B
h桥应用于逆变器文献
基于H桥级联型逆变器PWM控制策略的研究
基于 H桥级联型逆变器 PWM控制策略的研究 相关专题： 高压变频器 时间： 2009-12-07 07:12 来源： 中国传动网 摘 要：本文主要对大功率 高压变频器 H桥级联型逆变器的实现方式进行了探讨，主要从系 统中 PWM 实现的控制策略上进行研究， 并针对几种控制策略的实现方法及性能进行了分析 及比较。 关键字： H桥,PWM; Abstract：This paper mainly discussed high-power high-voltage inverter H-bridge cascade inverter implementations ,and introduced PWM control strategy from the system to achieve ,and control strategies for the realization of sev
混合9电平逆变器的H桥电容电压平衡控制
混合9电平逆变器是一种新型的多电平拓扑结构。文章在研究了H桥逆变电路直流电容电压充放电模型的基础上,得到了负载电流与电容电压变化之间的定量计算公式,进而详细分析了混合9电平逆变器H桥辅助逆变电路电容电压不平衡的内在机理,最后提出了一种基于电容电压不平衡预估计和零序电压注入的平衡控制方法。所提方法原理简单,实现容易,无需增加额外的硬件设备。通过仿真验证了在混合9电平逆变器的参考电压中注入零序电压后,混合9电平逆变器的H桥逆变电路电容电压得到平衡控制。
链式H桥方案每相都由若干单相换流器（即链节）串联组成，根据电压等级确定是否用大容量変压器接入系统。该方案在35kV及更低电压下无需变压器，具有可模块化设计、体积小等优点，也存在对系统的绝缘水平要求较高的缺点。一个链节的输出电压可有－Udc、0Udc三种状态，N个链节串联的输出电压峰值范固为[-NUdc，NUdc]，而电平数目为2N 1。对三相链式H桥 STATCON而言，有Y型和△型两种联结型式。
对于确定的电压等级和容量等级，Y型和△型联结的主要区别是阀组承受的电压等级和电流等级不同，由此会导致占地面积和成本会略有差别。Y型和△型联结方式，系统对称时补偿特性相同，系统不对称时△型联结方式的补偿性能较好。
STATCON主电路拓扑主要有功率单元并联变压器多重化方案、链式H桥方案和模块化多电平换流器（modularmultievel convener，MMC）方案三种选择 。
北京交通大学电气工程学院的研究人员吴丽然、吴命利，在2017年第22期《电工技术学报》上撰文，为了抑制级联H桥型变流器直流电压的不均衡，分析变流器交流侧和直流侧的功率传输，然后以调制波重构的思想详细分析直流电压均衡控制的原理。提出基于单位化的变流器输出电流构造调制波微调量的改进直流电压均衡方法。
根据分析结果，给出在整流、无功补偿、谐波补偿等应用场合直流电压均衡控制策略的构成方法及建议。仿真和实验结果表明直流电压均衡控制策略的有效性。
级联型多电平变流器也称为级联H桥型（Cascaded H-Bridge, CHB）变流器或多单元串联型多电平变流器，由于是多单元串联、各单元结构相同，在直流侧相互独立，易采用模块化设计和安装，能够实现高电压、多电平的输出，成为高电压大功率电力电子装置的主流拓扑结构，广泛应用于静止同步补偿器、光伏并网逆变器、电力电子变压器等场合[1-4]。
级联H桥型变流器也存在缺点：由于开关损耗、器件断态损耗、电容自身损耗和吸收回路损耗的差异以及输入脉冲延时的不同会造成直流电压的不均衡[5,6]，而直流电压的均衡是级联H桥型变流器正常工作的基础。因此，直流电压均衡控制是级联H桥型多电平变流器的研究热点。
文献[7,8]采用增加额外均衡电路的方法调节等效并联损耗或直流母线能量实现了直流电压的均衡，虽然没有增加控制算法的复杂程度，但是增加了硬件电路的功率损耗。文献[9]利用单元间直流电压差实现均衡控制，但仅适合两单元级联变流器。文献[10]阐述了脉冲轮换均衡电压的原理，采用叠加有功电压矢量的方法。
文献[11-14]实现了级联H桥型静止无功补偿器直流电压的均衡控制。文献[15]实现了级联H桥型整流器直流电压的均衡控制，但缺少详细的直流电压均衡控制原理的分析，且均衡方法不具有通用性。文献[16]通过沿电流放电建立微调量实现了级联静止无功发生器（Static VarGenerator, SVG）直流电压均衡控制。
文献[17]通过直流电压排序选择需要投入的功率单元，实现了直流电压均衡控制。文献[18]采用相移空间矢量调试方法，通过冗余矢量的选择实现了三相级联SVG直流电压均衡控制。
本文基于调制波重构的思想，以与电网电压同相和垂直的单位交流量以及CHB变流器电流分别构造调制波微调量，分析了这几种不同的调制波微调量均衡直流电压的原理和适用场合，给出了级联H桥型变流器在整流、无功补偿和谐波补偿应用场合的调制波微调量构造方法和建议，并通过仿真和实验验证了算法的有效性。
图6 直流电压均衡控制原理框图
结论
针对级联H桥型变流器直流电压不均衡现象，通过调节变流器交流侧吸收功率来重构每个功率单元的调制波，以达到直流电压均衡的目的。对级联H桥型变流器用于整流、无功补偿和谐波补偿场合的直流电压均衡控制分别作了原理分析、仿真及实验验证，结果表明：
1）级联H桥型变流器用于整流时，可用与电网电压同相的交流信号构造调制波微调量，或以单位化的变流器输出电流构造。前者无需检测电流峰值，实现起来相对简单，因此应优先选择前者。
2）级联H桥型变流器用于无功补偿时，可用与电网电压垂直的交流信号构造调制波微调量，或以单位化的变流器交流电流构造，同理应优先选择前者。
3）级联H桥型变流器用于谐波补偿时，可用单位化的变流器交流电流构造调制波微调量。兼补无功功率时，亦可用与电网电压垂直的交流信号构造。
4）采用单位化的CHB变流器电流构造调制波微调量，比直接采用CHB变流器电流的方法，参数整定更加简单，更适合带有随机性、时变性负载的直流电压均衡控制。
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