轉換器與逆變器的差異:轉換方向、電路、輸出公式、用途比較
在電力電子中,改變電力形式的電路依轉換方向來區分名稱。將交流轉為直流的順向轉換是整流電路(AC-DC轉換器),將直流轉為另一個電壓之直流的是DC-DC轉換器(截波器),將直流轉為交流的逆向轉換則是逆變器。廣義上,有時也把這些統稱為電力轉換器。在冷氣或工廠的馬達驅動中,常見的組合是先以整流電路將交流轉為直流,再以逆變器轉回頻率與電壓可變的交流。
| 項目 | 整流電路(AC → DC) | DC-DC轉換器(DC → DC) | 逆變器(DC → AC) |
|---|---|---|---|
| 轉換方向 | 交流 → 直流(順向轉換) | 直流 → 另一個電壓的直流 | 直流 → 頻率與電壓可變的交流(逆向轉換) |
| 主要開關 | 二極體。要調整輸出時用閘流體 | MOSFET等開關與二極體(同步整流以MOSFET取代二極體) | IGBT或MOSFET。各開關反向並聯二極體 |
| 基本電路 | 4個二極體的單相橋式、6個的三相橋式。後面接平滑電容 | 以開關、電感、二極體、電容構成的降壓、升壓、升降壓截波器。需要隔離時使用變壓器的方式(返馳式等) | 半橋(2個開關)、全橋(4個)、三相橋(6個) |
| 決定輸出大小的因素 | 輸入交流的電壓(閘流體則以觸發角α調整) | 開關的責任週期D | PWM的調變指數m(電壓大小)與調變波的頻率(輸出頻率) |
| 理想輸出公式 | 單相全波整流的平均值約為0.9 × 有效值(100 V時約90 V)。加上平滑電容後接近峰值約141 V | 電流連續模式下,降壓Vout = D·Vin,升壓Vout = Vin/(1 − D) | 正弦波PWM時,橋臂輸出基本波的振幅為m·E/2(E為直流電壓)。三相線電壓的有效值約為0.61·m·E |
| 輸出殘留的成分 | 電源頻率2倍(全波整流)的脈動。以平滑電容減小 | 切換頻率的漣波。以電感與電容減小 | 載波頻率附近的諧波。以馬達繞組的電感或LC濾波器減小 |
| 輸入側的課題 | 電容的充電電流集中在電壓峰值附近,含諧波的電流使功率因數下降。以功率因數校正(PFC)改善 | 降壓時輸入電流呈脈衝狀,因此輸入電容很重要 | 直流側流過很大的漣波電流。馬達急減速時回送的電力會使直流電壓上升 |
| 主要用途 | AC電源轉接器與家電電源的入口、馬達驅動器的前級 | CPU或SoC的核心電源、由電池或12 V等產生的各種電壓、LED驅動 | 馬達速度控制(變頻冷氣、電車、電動車)、太陽能發電的功率調節器、不斷電系統(UPS) |
數值為具代表性的大致參考值,會因世代或產品而異。