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自制逆变器电路及工作原理及相关部件说明

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自制逆变器电路及工作原理及相关部件说明

自制逆变器电路及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 MOS场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。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。图 2 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 f1/2.2RC 。 图 示 电 路 的 最 大 频 率 为 fmax1/2.2*2.2*10 3*2.2x10 -6 93.9Hz , 最 小 频 率 为fmin1/2.2*4.2*10 3*2.2*10 -6 49.2Hz。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 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。MOS场效应管也被称为 MOS FET,即 Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (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 MOS场效应管,其内部结构见图 4。它可分为 NPN型和PNP型。 NPN型通常称为 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。图 4 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 MOS场效应管栅极上时, 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 MOS场效应管(增强型 MOS场效应管)组成的应用电路的工作过程 (见图 7) 。 电路将一个增强型 P沟道 MOS场校官和一个增强型 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 MOS场效应管导通,输出端与电源正极接通。当输入端为高电平时, N沟道 MOS场效应管导通,输出端与电源地接通。在该电路中, P 沟道 MOS场效应管和 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, MOS场效应管即被关断。 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。图 7 以上分析我们可以画出原理图中 MOS场效应管部分的工作过程(见图 8)。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。图 8 图 9 电路板见图 10。所用元件可参考图 11。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 12 展示本文介绍的逆变器场效应管在散热器 ( 100mm 100mm 17mm) 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 10 图 11 图 12 图 13 四、逆变器的性能测试测试电路见图 13。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 14a)。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的电灯泡为例假设灯泡的电阻不随电压变化而改变。因为 R 灯 V2/W2102/60735Ω ,所以在电压为 208V时, WV2/R2082/73558.9W。 由此可折算出电压和功率的关系。通过测试,我们发现当输出功率约为 100W时,输入电流为 10A。此时输出电压为 200V。逆变器电源效率特性见图 14b。图 15 为不同负载时输出波形图。供大家制作是参考。图 15 图 16 78L05 中文资料 [ 产品资料 ] 78L05 描述是一种固定电压 5V 三端集成稳压器 , 其适用于很多应用场合 . 象牵涉到单点稳压场合需要限制噪声和解决分布问题的在 - 卡调节 . 此外它们还可以和其它功率转移器件一起构成大电流的稳压电源 , 如可驱动输出电流高达 100 毫安的稳压器.其卓越的内部电流限制和热关断特性使之特别适用于过载的情况 . 当用于替代传统的齐纳二极管 - 电阻组的时候 , 其输出阻抗得到有效的改善 , 其偏置电流大大减少 . 78L05 特性* 三 - 端稳压器* 输出电流可达到 100mA * 无需外接元件* 内部热过载保护* 内部短路电流限制* 从 2004 年底开始,提供的各类封装形式,均为无铅封装产品。78L05 应用须知* 如果稳压器离电源滤波器有一段距离 ,Cin 是必需的* Co 对稳定性而言是可有可无的 , 但的确能够改善瞬态响应78L05 内部电路图78L05 内部电路图;78L05 典型线路图78L05 典型线路图;注;( 1)为确定输出电压值 , 请选择电压值后缀( xx 2 为获得最佳的稳定性和瞬态响应 , 建议使用旁边电容并尽量可能挨着电路安装。

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