整流和逆變：直流和交流相互轉(zhuǎn)化的橋梁

直流電與交流電是可以相互轉(zhuǎn)化的。交流電轉(zhuǎn)化為直流電的過程叫做整流；而直流電轉(zhuǎn)化交流的過程叫做逆變，整流和逆變是互逆的過程。整流的過程以整流橋作為關(guān)鍵元器件；而逆變的過程主要以MOS管作為關(guān)鍵元器件。下面從研發(fā)的角度介紹一下整流和逆變的原理。

交流電轉(zhuǎn)化為直流電的工作原理：整流

這個過程叫做整流，整流主要是通過整流橋來實現(xiàn)的，從實現(xiàn)原理上來分，具有三種整流方式，分別為半波整流、全波整流以及橋式整流。這三種整流方式的區(qū)別主要體現(xiàn)在變壓器、二極管數(shù)量以及波形輸出上。

半波整流原理

半波整流只需要用到一只整流二極管，利用交流電的方向性和二極管的單向?qū)щ娞匦?，二極管只在半個周期內(nèi)導(dǎo)通，另外半個周期截止。半波整流的原理框圖如下圖所示。

上圖中，二極管在正半周期內(nèi)導(dǎo)通，在負半周期內(nèi)截止，所以正半周期的波形保留，而負半周期的波形被削掉，從而使得波形的情況如下圖所示。從半波整流的波形上可以看出，整流效率太低，所以這種整流方式只用在小功率的應(yīng)用中。

全波整流原理

與半波整流相比，全波整流有兩處不相同的地方，1)全波整流需要用到兩只二極管；2)全波整流所用的變壓器需要帶中間抽頭。在正半周期內(nèi)，上二極管導(dǎo)通，下二極管截止；在負半周期內(nèi)上二極管截止，下二極管導(dǎo)通。所以，可以看作是兩個半波整流的疊加。全波整流的電路原理框圖如下圖所示。

由于在每半個周期內(nèi)都有二極管導(dǎo)通，所以在負半周期時的波形也被翻轉(zhuǎn)上去，從而形成了所謂的饅頭波，如下圖所示。

橋式整流原理

橋式整流是最常用的整流原理，主要通過整流橋來實現(xiàn)。整流橋由四只二極管組成，在每半個周期內(nèi)具有兩只二極管同時導(dǎo)通，所以負半周期的波形也會被保留翻轉(zhuǎn)。其實現(xiàn)的電路原理框圖如下圖所示。其波形與全波整流的波形在最終的結(jié)果上一致。

開關(guān)電源、手機充電器等都是通過橋式整流來實現(xiàn)交流轉(zhuǎn)化為直流的，橋式整流是應(yīng)用最廣的整流方式。

直流電轉(zhuǎn)化為交流電的工作原理：逆變

蓄電池、干電池、太陽能電池板等都是直流輸出的設(shè)備，利用這些直流電源向交流負載供電時，就需要用到逆變器。逆變器的作用就是將直流轉(zhuǎn)化為交流，這個過程叫做逆變，需要用到逆變電路。逆變一般通過MOS管來實現(xiàn)，從原理上可以分為半橋逆變電路和全橋逆變電路。以全橋逆變?yōu)槔?，介紹逆變的過程。

全橋逆變主要由四個MOS管構(gòu)成，有兩個橋臂，在工作時每個橋臂不能同時導(dǎo)通，對邊橋臂導(dǎo)通。上圖是T1和T3同時導(dǎo)通時的電流流向。下圖是T4和T2同時導(dǎo)通時的電流流向。

在MOS管的門極，由控制板所輸出的PWM信號來控制，通過改變方波的占空比可以實現(xiàn)正弦波幅度的控制，這里在程序上涉及到比較復(fù)雜的矢量控制/磁場導(dǎo)向控制FOC。原理如下動態(tài)圖所示。

整流和逆變的總結(jié)

將交流轉(zhuǎn)化為直流的過程叫做整流，整流電路在開關(guān)電源、充電器、配電柜中應(yīng)用廣泛；將直流轉(zhuǎn)化為交流的過程叫做逆變，在光伏發(fā)電、BLDC控制等應(yīng)用廣泛。