详解逆变器电路工作原理

详解逆变器电路工作原理这里介绍的 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。下面介绍该逆变器的工作原理及制作过程。1.电路图逆变器系统电路图2.工作原理这里我们将详细介绍这个逆变器的工作原理。2.1.方波信号发生器（见图 2）图 2 方波信号发生器这里采用六反相器 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振荡频率不稳。电路的振荡是通过电容 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=1/2.2 × 3.3 × 103× 2.2 × 10-6=62.6Hz;最小频率fmin=1/2.2 × 4.3 × 103× 2.2 × 10-6=48.0Hz.由于元件的误差，实际值会略有差异。其它多余的反相器，输入端接地避免影响其它电路。2.2场效应管驱动电路图 3 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。2.3MOS 场效应管 电源开关 电路下面简述一下用 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 4） 。电路将一个增强型 P 沟道 MOS 场效应管和一个增强型 N 沟道 MOS 场效应管组合在一起使用。当输入端为低电平时， 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 MOS 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 1到 2V 时， MOS 场效应管既被关断。不同场效应管其关断电压略有不同。也正因为如此，使得该电路不会因为两管同时导通而造成电源短路。图 4 MOS 场效应管电源开关电路由以上分析我们可以画出原理图中 MOS 场效应管电路部分的工作过程（见图 5） 。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。MOS 场效应管电路部分的工作过程3、制作要点电路板见图 6。所用元器件可参考图 7。 逆变器 用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 8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。逆变器电路板逆变器所用元器件逆变器位置分布和接法4. 逆变器 的性能测试测试电路见图 9.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 。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。逆变器测试电路以 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/W=2102/60=735 Ω ，所以在电压为 208V 时， W=V2/R=2082/735=58.9W. 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。