如果你對逆變器還不熟悉，閱讀這篇文章能讓你對逆變器有初步概念！
逆變器可以將直流電轉變成交流電。
而理想逆變器的基本組成包括直流電源、開關，以及負載。
要說明逆變器的原理，我們就得從半橋式逆變器開始說起。
我們從半橋式逆變器的架構出發，
接著介紹它簡單的電流逆變過程，以及產生方波交流電的方式。
最後說明半橋式逆變器在效率和應用方面的局限。
本篇為《電力電子學圖鑑》的學習整理，
如果有興趣的朋友可以去看看，就算零基礎也沒關係。
本篇的下一篇是全橋式逆變器：全橋式逆變器是什麼？3大點帶你理解架構、原理與局限。
如果你想要直接看三相逆變器：三相逆變器是什麼？3大點帶你理解基礎、架構與原理。
一、半橋式逆變器的架構
什麼是「半橋」呢？
「半橋」表示這種電路只使用了一半的橋型結構，
也就是只使用了兩個開關，與全橋式逆變器相對（全橋式使用四個）。
如圖所示，這兩個開關會輪流處於ON/OFF的階段，
也就是：當S1 為ON時，S2 為OFF；當S1 為OFF時，S2 為ON。
確保了在任何時刻都只有一個開關導通，從而避免了電源短路的風險。
為了進一步看出半橋式逆變器的交流電是如何產生的，
我們先來看其電流在兩開關輪流ON/OFF時的情況，
然後再看電流對應的電壓。
二、半橋式逆變器的原理
電流的逆變過程
當S1導通時，電流流經負載並產生正電壓；
而S2導通時，電流方向相反，產生負電壓。
這種交替導通創造了交流電的基本波形。
這種交流電流的產生基於開關的快速切換，模擬了交流電的正負變化。
假設負載是純電阻，通過這個電阻的電流會周期性地改變極性。
這一個現象可以通過歐姆定律I=V/R來理解：
由於半橋式逆變器中開關的不斷切換，電阻兩端的電壓也會相應地發生變化，
從而在正電壓（+V）和負電壓（-V）之間進行快速切換。
這種持續的電壓變化形成了交流電的基本特徵，
展現了半橋式逆變器將直流電轉換為交流電的能力。
電壓與電流的波形
在本篇講述的半橋式逆變器中，
產生的是方波交流電，
這是因為開關的狀態只有全導通或全關斷，
導致輸出電壓在極性間迅速切換。
雖然方波不同於常見的正弦波交流電，
但它在某些應用中仍然有效，
如在某些類型的馬達驅動器或簡單的電源供應中。
當使用半橋式逆變器來產生方波交流電時，
關鍵在於確保兩個開關S1 ON的時間跟S2 ON的時間相等，
而且保持定值。
換句話說，開關的每一次ON和OFF持續的時間合起來便構成了一個完整的交流電週期。
通過調整這個週期的長度，我們就能夠產生具有特定頻率的交流電。
原理可見以下這部影片以加強印象：
三、半橋式逆變器的局限
半橋式逆變器是理解逆變原理的理想模型，
但在實際應用中，它有一些限制需要考量：
- 雙重直流電源需求：半橋式逆變器需要兩個直流電源，這導致輸入電壓必須是輸出電壓的兩倍。例如，如果輸入電壓為2V，則輸出交流電壓的振幅只能達到V。
- 交替使用電源：這兩個直流電源會輪流使用，所以在任何給定時間，只有一個電源被使用，另一個則處於閒置狀態。
由此可見，無論從電壓還是使用時間來看，半橋式逆變器的電源利用率相對較低。
總結來說，半橋式逆變器提供了一種簡單且成本有效的方式來理解和實現DC -> AC。
但對於高功率或高效率要求的應用，可能需要考慮更複雜的逆變器設計，如全橋或多級逆變器。
四、重點整理
- 半橋式逆變器的架構：半橋式逆變器以其簡單的兩開關電路拓撲為特色，相較於四開關的全橋式逆變器更經濟，並透過兩開關的互補操作避免電源短路。
- 半橋式逆變器的原理：半橋式逆變器透過交替導通的兩個開關創造了交流電的基本波形，模擬了交流電的正負變化（方波交流電），適用於某些馬達驅動器或簡單的電源供應應用。
- 半橋式逆變器的局限：半橋逆變器的總體能效較低，受限於輸入與輸出電壓的關係，增加了系統複雜度和成本，適用於不需高效率的應用。