一款適合業(yè)余制作的逆變器電路
l 工作原理
這里我們將詳細介紹這個逆變器的工作原理。
方波信號發(fā)生器(見圖3)
圖3
這里采用六反相器CD4069構成方波信號發(fā)生器。電路中R1是補償電阻,用于改善由于電源電壓的變化而引起的振蕩頻率不穩(wěn)。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。由于元件的誤差,實際值會略有差異。其它多余的反相器,輸入端接地避免影響其它電路。
場效應管驅動電路。
圖4
由于方波信號發(fā)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,這里用TR1、TR2將振蕩信號電壓放大至0~12V。如圖4所示。
MOS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9)。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(tài)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。同時由于漏電流的影響,使得柵壓在還沒有到0V,通常在柵極電壓小于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。
圖9
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10)。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。這里需要注意的是,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。
圖10
制作要點
電路板見圖11。所用元器件可參考圖12。逆變器用的變壓器采用次級為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(fā)熱量約為2SK2956的4倍。所以在考慮散熱器時應注意這點。圖13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。盡管場效應管工作于開關狀態(tài)時發(fā)熱量不會很大,出于安全考慮這里選用的散熱器稍偏大。
圖11
圖12
l 逆變器的性能測試
測試電路見圖14。這里測試用的輸入電源采用內阻低、放電電流大(一般大于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,并測量此時的輸入電流、電壓以及輸出電壓。其測試結果見電壓、電流曲線關系圖(圖15a)??梢钥闯觯敵鲭妷弘S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系。但實際上由于電燈泡的電阻會隨受加在兩端電壓變化而改變,并且輸出電壓、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系。通過測試,我們發(fā)現(xiàn)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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