12V转220V交流逆变器工作原理

1、12V转220V交流逆变器工作原 理12V转220V交流逆变器工作原理今天我们来介绍一款逆变器（见图1）主要由MOS 场效应管，普通电源变压器构成。其输出功率取 决于MO窗效应管和电源变压器的功率，免除了 烦琐的变压器绕制，适合电子爱好者业余制作中 采用。下面介绍该变压器的工作原理及制作过 程。III 406 SUEOUTIC2 78L05TRI 2SC1915TR2 2SC1815TRS ZSJ471TR 2SK295BTR5 2SJ471+6VINC2丄碉0-1 以 W 777 /77IC2 |GND TR31 1TFMHlR6IKDOUTFJT ftC220V-U7岳明电力侑息吗R5 I

2、OKTR5电路图工作原理:这里我们将详细介绍这个逆变器的工作原 理。一、方波的产生这里采用CD4069勾成方波信号发生器。电 路中R1是补偿电阻，用于改善由于电源电压的 变化而引起的震荡频率不稳。电路的震荡是通过 电容C1充放电完成的。其振荡频率为 f=1/2.2RC。图示电路的最大频率为： fmax=1/2.2x103x2.2x10 6=62.6Hz，最小频率 为 fmin=1/2.2x4.3x103x2.2x10 6=48.0Hz。由于元件的误差，实际值会略有差异。其它多余的 发相器，输入端接地避免影响其它电路。icjxn1R2 rC1I12右+图2二、场效应管驱动电路。由于方波信号发生器

3、输出的振荡信号电压 最大振幅为05V,为充分驱动电源开关电路， 这里用TR1、TR2将振荡信号电压放大至012V。 如图3所示。图3三、场效应管电源开关电路。场效应管是该装置的核心，在介绍该部分工 作原理之前，先简单解释一下MOS场效应管的工 作原理。M0窗效应管也被称为 MOS FET即Metal Oxide Semic on ductor Field EffectTransistor（金属氧化物半导体场效应管）的缩 写。它一般有耗尽型和增强型两种。 本文使用的 是增强型MO戯效应管，其内部结构见图4。它可分为NPN型和PNF型。NPN型通常称为N沟道 型，PN陲通常称P沟道型。由图可看出，

4、对于N沟道型的场效应管其源极和漏极接在 N型半导 体上，同样对于P沟道的场效应管其源极和漏极 则接在P型半导体上。我们知道一般三极管是由 输入的电流控制输出的电流。但对于场效应管， 其输出电流是由输入的电压（或称场电压）控制， 可以认为输入电流极小或没有输入电流， 这使得 该器件有很高的输入阻抗，同时这也是我们称之 为场效应管的原因。源极N沟道场效应管h 1J2”栅般NH漏极凛极 P淘道场孜应菅为解释MOS场效应管的工作原理，我们先了解一下仅含一个P N结的二极管的工作过程 如图5所示，我们知道在二极管加上正向电压（P 端接正极，N端接负极）时，二极管导通，其PN 结有电流通过。这是因在P型半

5、导体端为正电压 时，N型半导体内的负电子被吸引而涌向加有正 电压的P型半导体端，而P型半导体端内的正电 子则朝N型半导体端运动，从而形成导通电流。 同理，当二极管加上反向电压（P端接负极，N端 接正极时，这时在P型半导体端为负电压，正电 子被聚集在P型半导体端，负电子则聚集在N型 半导体端，电子不移动，其PN结没有电流流过， 二极管截止。图5对于场效应管（图6），在栅极没有电压时， 有前面的分析可知，在源极与漏极之间不会有电 流流过，此时场效应管处于截止状态（图6a）。当有一个正电压加在N沟道的M0戯效应管栅极 上时，由于电场的作用，此时N型半导体的源极 和漏极的负电子被吸引出来而涌向栅极，但

6、由于 氧化膜的阻挡，使得电子聚集在两个N沟道之间 的P型半导体中（见图6b），从而形成电流，使源极和漏极之间导通。我们也可以想象为两个N型半导体之间为一条沟，栅极电压的建立相当于 为他们之间搭了一座桥梁，该桥梁的大小由栅压 决定。图8给出了 P沟道场效应管的工作过程， 其工作原理类似这里就不再重复。图6下面简述一下用c MOSg效应管（增强型MOSg效应管）组成的应用电路的 工作过程（见图8）。电路将一个增强型P沟道MOSg校官和一个增强型N沟道 M0觀效应管组合在一起使用。当输入端为底电平时，P沟道MOSg效应管导通, 输出端与电源正极接通。当输入端为高电平时， N沟道MO觀效应管导通，输出

7、 端与电源地接通。在该电路中，P沟道MO觀效应管和N沟道场效应管总是在相反的状态下工作，其相位输入端和输出端相反。通过这种工作万式我们可以获 得较大的电流输出。同时由于漏电流的影响，使得栅压在还没有到0V,通常在栅极电压小于1V到2V时，M0觀效应管即被关断。不同场效应管关断电压略有不同。也以为如此，使得该电路不会因为两管同时导通而造成电源短路aa.zJ-TR4R8以上分析我们可以画出原理图中 MO场效 应管部分的工作过程（见图9）。工作原理同前所 述，这种低电压、大电流、频率为 50Hz的交变 信号通过变压器的低压绕组时，会在变压器的高 压侧感应出高压交流电压，完成直流到交流的转 换。这里需

8、要注意的是，在某些情况下，如振荡 部分停止工作时，变压器的低压侧有时会有很大 的电流通过，所以该电路的保险丝不能省略或短 接。电路板见图11。所用元件可参考图12。逆 变器的变压器采用次级为12V、电流为10A、初 级电压为220V的成品电源变压器。P沟道MOS 场效应管（2SJ471）最大漏极电流为30A,在场效 应管导通时，漏一源极间电阻为 25毫欧。此时 如果通过10A电流时会有2.5W的功率消耗。N 沟道MOS场效应管（2SK2956）最大漏极电流为 50A,场效应管导通时，漏一源极间电阻为 7毫 欧，此时如果通过10A电流时消耗的功率为 0.7W。由此我们也可知在同样的工作电流情况

9、下，2SJ471的发热量约为2SK2956的4倍。所 以在考虑散热器时应注意这点。图 13展示本文介绍的逆变器场效应管在散热器（lOOmrnK 100mmX 17 mm上的位置分布和接法。尽管场效应管工 作于开关状态时发热量不会很大，出于安全考虑 这里选用的散热器稍偏大。图11C1P15n叵01 2I2匡02 SI3區03叵Vss 7CD4CI&914）仙 06固16Q05询15304H 14QD1.2漏极3谓极bs TO-220CFHOS1.2 aU3U1E图12wo15602625图13DC-AC逮曼昭图14四、逆变器的性能测试测试电路见图15。这里测试用的输入电源 采用内阻低、放电电流大

10、（一般大于100A）的12V 汽车电瓶，可为电路提供充足的输入功率。 测试 用负载为普通的电灯泡。测试的方法是通过改变 负载大小，并测量此时的输入电流、电压以及输 出电压。其测试结果见电压、电流曲线关系图（图 15a）。可以看出，输出电压随负荷的增大而下降， 灯泡的消耗功率随电压变化而改变。我们也可以 通过计算找出输出电压和功率的关系。但实际上 由于电灯泡的电阻会随受加在两端电压变化而 改变，并且输出电压、电流也不是正弦波，所以 这种的计算只能看作是估算。以负载为60W的电 灯泡为例:图15空载时输出減形戾载120帧载d图 16、17假设灯泡的电阻不随电压变化而改变。因为 R 灯=V2/W=2102/60=735Q，所以在电压为