三相逆变桥电路的工作原理与导通过程全面解析

三相逆变桥电路是现代电力电子技术的核心之一，广泛应用于电机驱动、可再生能源并网、不间断电源系统等领域。掌握一个应用程序的关键是了解其运行原理和管理流程。

一、三相逆变桥电路的基本结构

三相逆变桥由六个功率开关管（例如MOSFET或IGBT）组成，通常分为三组。每组包含上下两个开关管，分别对应电机的三相绕组（U、V、W）。为了实现直流到交流的转换，逆变桥通过周期性的开关动作产生三相正弦电压。每个功率开关管的工作由脉宽调制(PWM)信号控制。其中之一是模拟目标交流电压波形。上下功率管不能同时开启。不开启会导致桥臂短路，损坏器件。

二、通电过程及控制方法

逆变桥运行时，管子的通断控制非常重要。

1. 上管PWM控制，下管维持电平。这样，上管通过PWM信号调节输出波形，而下管则保持固定电平（恒高或恒低）。该模式的优点是简单、易于控制，适合频率较低、波形变化较慢的应用场景。

2. 下管PWM控制，上管保持电平。与之前的方法不同，下管的开关动作由PWM信号控制，上管保持恒定电平。虽然适用范围较窄，但在特殊情况下可能是有益的。

3. 上下管均由PWM控制。这种方法称为互补载波模式。上下管的PWM信号互补，时序精确，防止两管同时开启。互补载波模式在高速、高效逆变器应用中更为常见。第一种模式是最常用的。主要原因是如果顶管是N沟道MOSFET，需要通过自举电容提供偏置电压才能正常工作。使用此模式，底部器件始终保持开启状态，确保自举电容器快速充电。

三、六级方波换相原理

为了驱动感性负载（如电机），三相逆变器通常采用六级换相控制。通过霍尔传感器检测位置变化，可以得出六步换向控制序列。M1M2→M2M3→M3M4→M4M5→M5M6→M6M1。当M1由PWM控制时，电流通过上臂流向负载，但当M1关断时，感性负载的续流由主控完成身体二极管。请注意，低速续流模式下体二极管损耗会增加。互补载波控制可以通过后开关管导通路径提供续流，减少损耗。

四、死区时间的重要性