詳解由MOS管、變壓器搭建的逆變器電路及其製作過程

2020-11-22 電子產品世界

　　逆變器，別稱為變流器、反流器，是一種可將直流電轉換為交流電的器件，由逆變橋、邏輯控制、濾波電路三大部分組成，主要包括輸入接口、電壓啟動迴路、MOS開關管、PWM控制器、直流變換迴路、反饋迴路、LC振蕩及輸出迴路、負載等部分，可分為半橋逆變器、全橋逆變器等。目前已廣泛適用於空調、家庭影院、電腦、電視、抽油煙機、風扇、照明、錄像機等設備中。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201608/294900.htm

　　逆變變壓器原理

　　它的工作原理流程是控制電路控制整個系統的運行，逆變電路完成由直流電轉換為交流電的功能，濾波電路用於濾除不需要的信號，逆變器的工作過程就是這樣子的了。其中逆變電路的工作還可以細化為：首先，振蕩電路將直流電轉換為交流電;其次，線圈升壓將不規則交流電變為方波交流電;最後，整流使得交流電經由方波變為正弦波交流電。

　　詳解逆變器電路工作原理

　　這裡介紹的逆變器(見圖1)主要由MOS場效應管，普通電源變壓器構成。其輸出功率取決於MOS場效應管和電源變壓器的功率，免除了煩瑣的變壓器繞制，適合電子愛好者業餘製作中採用。下面介紹該逆變器的工作原理及製作過程。

　　

 

　　2.工作原理

　　這裡我們將詳細介紹這個逆變器的工作原理。2.1.方波信號發生器(見圖2)

　　

 

　　這裡採用六反相器CD4069構成方波信號發生器。電路中R1是補償電阻，用於改善由於電源電壓的變化而引起的振蕩頻率不穩。電路的振蕩是通過電容C1充放電完成的。其振蕩頻率為f=1/2.2RC.圖示電路的最大頻率為：fmax=1/2.2×3.3×103×2.2×10-6=62.6Hz;最小頻率fmin=1/2.2×4.3×103×2.2×10-6=48.0Hz.由於元件的誤差，實際值會略有差異。其它多餘的反相器，輸入端接地避免影響其它電路。

　　

 

　　由於方波信號發生器輸出的振蕩信號電壓最大振幅為0~5V，為充分驅動電源開關電路，這裡用TR1、TR2將振蕩信號電壓放大至0~12V.如圖3所示。

　　2.3MOS場效應管電源開關電路

　　下面簡述一下用C-MOS場效應管(增強型MOS場效應管)組成的應用電路的工作過程(見圖4)。電路將一個增強型P溝道MOS場效應管和一個增強型N溝道MOS場效應管組合在一起使用。當輸入端為低電平時，P溝道MOS場效應管導通，輸出端與電源正極接通。當輸入端為高電平時，N溝道MOS場效應管導通，輸出端與電源地接通。在該電路中，P溝道MOS場效應管和N溝道MOS場效應管總是在相反的狀態下工作，其相位輸入端和輸出端相反。通過這種工作方式我們可以獲得較大的電流輸出。同時由於漏電流的影響，使得柵壓在還沒有到0V，通常在柵極電壓小於1到2V時，MOS場效應管既被關斷。不同場效應管其關斷電壓略有不同。也正因為如此，使得該電路不會因為兩管同時導通而造成電源短路。

　　

 

　　由以上分析我們可以畫出原理圖中MOS場效應管電路部分的工作過程(見圖5)。工作原理同前所述。這種低電壓、大電流、頻率為50Hz的交變信號通過變壓器的低壓繞組時，會在變壓器的高壓側感應出高壓交流電壓，完成直流到交流的轉換。這裡需要注意的是，在某些情況下，如振蕩部分停止工作時，變壓器的低壓側有時會有很大的電流通過，所以該電路的保險絲不能省略或短接。

　　

 

　　3、製作要點

　　電路板見圖6。所用元器件可參考圖7。逆變器用的變壓器採用次級為12V、電流為10A、初級電壓為220V的成品電源變壓器。P溝道MOS場效應管(2SJ471)最大漏極電流為30A，在場效應管導通時，漏-源極間電阻為25毫歐。此時如果通過10A電流時會有2.5W的功率消耗。N溝道MOS場效應管(2SK2956)最大漏極電流為50A，場效應管導通時，漏-源極間電阻為7毫歐，此時如果通過10A電流時消耗的功率為0.7W.由此我們也可知在同樣的工作電流情況下，2SJ471的發熱量約為2SK2956的4倍。所以在考慮散熱器時應注意這點。圖8展示本文介紹的逆變器場效應管在散熱器(100mm×100mm×17mm)上的位置分布和接法。儘管場效應管工作於開關狀態時發熱量不會很大，出於安全考慮這裡選用的散熱器稍偏大。

　　

 

　　逆變器電路板

　　

 

　　

 

　　4.逆變器的性能測試

　　測試電路見圖9.這裡測試用的輸入電源採用內阻低、放電電流大(一般大於100A)的12V汽車電瓶，可為電路提供充足的輸入功率。測試用負載為普通的電燈泡。測試的方法是通過改變負載大小，並測量此時的輸入電流、電壓以及輸出電壓。輸出電壓隨負荷的增大而下降，燈泡的消耗功率隨電壓變化而改變。我們也可以通過計算找出輸出電壓和功率的關係。但實際上由於電燈泡的電阻會隨受加在兩端電壓變化而改變，並且輸出電壓、電流也不是正弦波，所以這種的計算只能看作是估算。

　　

 

　　以負載為60W的電燈泡為例：假設燈泡的電阻不隨電壓變化而改變。因為R燈=V2/W=2102/60=735Ω，所以在電壓為208V時，W=V2/R=2082/735=58.9W.由此可折算出電壓和功率的關係。通過測試，我們發現當輸出功率約為100W時，輸入電流為10A.此時輸出電壓為200V。

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