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1、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 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。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/ 。图示电路的最大频率为：fmax=1/ 6=，最小频率为fmin=1/ 6=。
2、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。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1 页，共 4 页 - - - - - - - - - - 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
3、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
4、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PN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P
5、N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
6、重复。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页，共 4 页 - - - - - - - - - - 图 6下面简述一下用 CMOS 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 8)。 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
7、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 8图 9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 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
8、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， 漏源极间电阻为25 毫欧。此时如果通过10A 电流时会有的功率消耗。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。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
9、意这点。图13 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 11图 12精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页，共 4 页 - - - - - - - - - - 图 13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
10、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=735，所以在电压为208V时， W=V2/R=2082/735=。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15b。图 16 为逆变器连续100W负载时， 场效应管的温升曲线图。图 17 为不同负载时输出波形图，供大家制作是参考。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 4 页，共 4 页 - - - - - - - - - -