詳解逆變器電路工作原理

這里介紹的逆變器(見(jiàn)圖1)主要由MOS場(chǎng)效應(yīng)管，普通電源變壓器構(gòu)成。其輸出功率取決于MOS場(chǎng)效應(yīng)管和電源變壓器的功率，免除了煩瑣的變壓器繞制，適合電子愛(ài)好者業(yè)余制作中采用。下面介紹該逆變器的工作原理及制作過(guò)程。

2.工作原理

這里我們將詳細(xì)介紹這個(gè)逆變器的工作原理。2.1.方波信號(hào)發(fā)生器(見(jiàn)圖2)

這里采用六反相器CD4069構(gòu)成方波信號(hào)發(fā)生器。電路中R1是補(bǔ)償電阻，用于改善由于電源電壓的變化而引起的振蕩頻率不穩(wěn)。電路的振蕩是通過(guò)電容C1充放電完成的。其振蕩頻率為f=1/2.2RC.圖示電路的最大頻率為：fmax=1/2.2×3.3×103×2.2×10-6=62.6Hz;最小頻率fmin=1/2.2×4.3×103×2.2×10-6=48.0Hz.由于元件的誤差，實(shí)際值會(huì)略有差異。其它多余的反相器，輸入端接地避免影響其它電路。

由于方波信號(hào)發(fā)生器輸出的振蕩信號(hào)電壓最大振幅為0~5V，為充分驅(qū)動(dòng)電源開(kāi)關(guān)電路，這里用TR1、TR2將振蕩信號(hào)電壓放大至0~12V.如圖3所示。

2.3MOS場(chǎng)效應(yīng)管電源開(kāi)關(guān)電路

下面簡(jiǎn)述一下用C-MOS場(chǎng)效應(yīng)管(增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管)組成的應(yīng)用電路的工作過(guò)程(見(jiàn)圖4)。電路將一個(gè)增強(qiáng)型P溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管和一個(gè)增強(qiáng)型N溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管組合在一起使用。當(dāng)輸入端為低電平時(shí)，P溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，輸出端與電源正極接通。當(dāng)輸入端為高電平時(shí)，N溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，輸出端與電源地接通。在該電路中，P溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管和N溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管總是在相反的狀態(tài)下工作，其相位輸入端和輸出端相反。通過(guò)這種工作方式我們可以獲得較大的電流輸出。同時(shí)由于漏電流的影響，使得柵壓在還沒(méi)有到0V，通常在柵極電壓小于1到2V時(shí)，MOS場(chǎng)效應(yīng)管既被關(guān)斷。不同場(chǎng)效應(yīng)管其關(guān)斷電壓略有不同。也正因?yàn)槿绱耍沟迷撾娐凡粫?huì)因?yàn)閮晒芡瑫r(shí)導(dǎo)通而造成電源短路。

由以上分析我們可以畫(huà)出原理圖中MOS場(chǎng)效應(yīng)管電路部分的工作過(guò)程(見(jiàn)圖5)。工作原理同前所述。這種低電壓、大電流、頻率為50Hz的交變信號(hào)通過(guò)變壓器的低壓繞組時(shí)，會(huì)在變壓器的高壓側(cè)感應(yīng)出高壓交流電壓，完成直流到交流的轉(zhuǎn)換。這里需要注意的是，在某些情況下，如振蕩部分停止工作時(shí)，變壓器的低壓側(cè)有時(shí)會(huì)有很大的電流通過(guò)，所以該電路的保險(xiǎn)絲不能省略或短接。

3、制作要點(diǎn)

電路板見(jiàn)圖6。所用元器件可參考圖7。逆變器用的變壓器采用次級(jí)為12V、電流為10A、初級(jí)電壓為220V的成品電源變壓器。P溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管(2SJ471)最大漏極電流為30A，在場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通時(shí)，漏-源極間電阻為25毫歐。此時(shí)如果通過(guò)10A電流時(shí)會(huì)有2.5W的功率消耗。N溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管(2SK2956)最大漏極電流為50A，場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通時(shí)，漏-源極間電阻為7毫歐，此時(shí)如果通過(guò)10A電流時(shí)消耗的功率為0.7W.由此我們也可知在同樣的工作電流情況下，2SJ471的發(fā)熱量約為2SK2956的4倍。所以在考慮散熱器時(shí)應(yīng)注意這點(diǎn)。圖8展示本文介紹的逆變器場(chǎng)效應(yīng)管在散熱器(100mm×100mm×17mm)上的位置分布和接法。盡管場(chǎng)效應(yīng)管工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí)發(fā)熱量不會(huì)很大，出于安全考慮這里選用的散熱器稍偏大。

逆變器電路板

4.逆變器的性能測(cè)試

測(cè)試電路見(jiàn)圖9.這里測(cè)試用的輸入電源采用內(nèi)阻低、放電電流大(一般大于100A)的12V汽車電瓶，可為電路提供充足的輸入功率。測(cè)試用負(fù)載為普通的電燈泡。測(cè)試的方法是通過(guò)改變負(fù)載大小，并測(cè)量此時(shí)的輸入電流、電壓以及輸出電壓。輸出電壓隨負(fù)荷的增大而下降，燈泡的消耗功率隨電壓變化而改變。我們也可以通過(guò)計(jì)算找出輸出電壓和功率的關(guān)系。但實(shí)際上由于電燈泡的電阻會(huì)隨受加在兩端電壓變化而改變，并且輸出電壓、電流也不是正弦波，所以這種的計(jì)算只能看作是估算。

以負(fù)載為60W的電燈泡為例：假設(shè)燈泡的電阻不隨電壓變化而改變。因?yàn)镽燈=V2/W=2102/60=735Ω，所以在電壓為208V時(shí)，W=V2/R=2082/735=58.9W.由此可折算出電壓和功率的關(guān)系。通過(guò)測(cè)試，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)輸出功率約為100W時(shí)，輸入電流為10A.此時(shí)輸出電壓為200V。
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