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MO我效应管，普通电源变压器构成。其输出功率取决于MO渤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。OUTIC2TRITR2TR3TR4TR5TR6137SL052SCIC152SC18152SJ4712SK2356!SJ4712SK2956C30.1/77GNDC2REIKTR3C4J-4loo^TT14FI3、1211、101t-L2W.一-GTR4OUTIC2TRITR2TR3TR4TR5TR6137SL052SCIC152SC18152SJ4712SK2356!SJ4712SK2956C30.1/77GNDC2REIKTR3C4J-4loo^TT14FI3、1211、101t-L2W.一-GTR4RI

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15A■CT3OINPUTICUP皿——Y^povOUTPUTZ>Y电路图(1)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构成方波信号发生器。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。图2二、场效应管驱动电路。由于方波信号发生器输出的振荡信号电压最大振幅为0〜5V,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0〜12V。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MO四效应管的工作原理。MO甄效应管也被称为MOSFET即MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor（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甄效应管，其内部结构见图4。它可分为NPN®和PNFH。NPN®通常称为N沟道型，PNP型通常称P沟道型。由图可看出，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。金属氧化物半导体源极N沟道场效应管源极P海道场敦应管图4为解释MO甄效应管的工作原理，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。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MO我效应管栅极上时，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—MO骸效应管（增强型MO筋效应管）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MO扬校官和一个增强型N沟道MOS场效应管组合在一起使用。当输入端为底电平时，P沟道MO扬效应管导通，输出端与电源正极接通。当输入端为高电平时，N沟道MOSg效应管导通，输出端与电源地接通。在该电路中，P沟道MOSg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。通过这种工作方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，MO扬效应管即被关断。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。

V2+1JXIRaT-T1BV2+1JXIRaT-T1B以上分析我们可以画出原理图中MO渤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12M电流为10A、初级电压为220V的成品电源变压器。P沟道MO四效应管(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MO甄效应管(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(100mmX100mm<17mm比的位置分布和接法。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。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11-输出地C1615QDT0-220CFMOSOS1.伊极2.福极3.海极1-输出地C1615QDT0-220CFMOSOS1.伊极2.福极3.海极1.栅极2漏极3.源极GOT0-220CFM2SJ47125K2SJ47125K2356图121002SJ471602SK2956；2SJ471总工一i?SK29561315JL-lh2550口LAC逆变器rf图121002SJ471602SK2956；2SJ471总工一i?SK29561315JL-lh2550口LAC逆变器rfJI12V汽车电瓶10025灯泡；00③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（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）o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：

02Q406030100120140负载g002Q406030100120140负载g020406080100120140►负羲也）ooO12111o9oeo7o6o5oR3o£o1oo图15空载时输出波形6口学负载12口胃负载图16、17假设灯泡的电阻不随电压变化而改变。因为R灯=V2/