逆变器模块电路图解

简单的逆变器电路分析

       这里提供的逆变器电路图分析，主要由MOS场效应管和电源变压器构成，其输出功率依赖于这些元件的功率，省去了复杂的变压器绕制，适合电子爱好者业余制作。接下来，将详细介绍逆变器的工作原理及制作过程。

       **电路图**

       

       **工作原理**

       首先，详细介绍这个逆变器的工作原理。方波信号发生器（见图3）采用六反相器CD4069构成。电路中的R1是补偿电阻，用于改善由于电源电压变化导致的振荡频率不稳定。电路的振荡是通过电容C1的充放电完成的，其振荡频率为f=1/2.2RC。图示电路的最大频率为fmax=1/2.2×3.3×10^3×2.2×10^-6=62.6Hz，最小频率fmin=1/2.2×4.3×10^3×2.2×10^-6=48.0Hz。由于元件误差，实际值可能略有差异。多余的反相器输入端接地，以避免影响其他电路。

       **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的最大振幅为0~5V，为充分驱动电源开关电路，使用TR1和TR2将振荡信号电压放大至0~12V（见图4）。这是该装置的核心部分，在介绍该部分工作原理之前，先简单解释MOS场效应管的工作原理。

       **MOS场效应管工作原理**

       MOS场效应管也称为金属氧化物半导体场效应管，其缩写为MOSFET。它通常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5。它可分为NPN型和PNP型。NPN型通常称为N沟道型，PNP型也称为P沟道型。由图可知，对于N沟道的场效应管，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（或称电场）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。

       **场效应管应用电路工作过程**

       对于场效应管（见图7），在栅极没有电压时，由前面分析可知，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7a）。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7b），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它们之间搭了一座桥梁，该桥的大小由栅压的大小决定。图8给出了P沟道MOS场效应管的工作过程，其工作原理类似，不再重复。

       **逆变器电路部分工作过程**

       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10）。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。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。

       **制作要点**

       电路板见图11。所用元器件可参考图12。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。

       **逆变器的性能测试**

       测试电路见图14。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：

       假设灯泡的电阻不随电压变化而改变。因为R灯=V^2/W=210^2/60=735Ω，所以在电压为208V时，W=V^2/R=208^2/735=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。

逆变器电路图及原理

       一、基本逆变器电路

       理解逆变器的基本原理对于设计电路至关重要。图一展示了一种基于12V直流到220V交流的简单逆变器电路。核心部分由BG2和BG3组成的多谐振荡器控制BG1和BG4，进而驱动BG6和BG7工作。整个电路由BG5和DW构成的稳压电源供电，确保了频率的稳定性。市电变压器提供双源虚12V输出，而电池的容量决定了逆变器的工作时间。

       二、高效率正弦波逆变器

       图二介绍了一种高效率的正弦波逆变器电路，它使用12V电池作为电源，并通过倍压模块为运放供电，例如使用ICL7660或MAX1044。运放1负责产生50Hz的基准信号，运放2则作为反相器使用，运放3和4构成了比例开关电源，实现两个开关管的交替工作。电路中的迟滞比较器的正反馈确保了频率的调整。C3和C4用于滤波，C5的值通过计算确定，L的值通常选为70H。R4和R3之间的比例需要精确，以避免波形失真。开关管的最大电流应根据公式计算，例如I=25A。

       在选择逆变器时，必须考虑实际应用需求和电器的特性。此外，还需要根据驱动波形是正弦波还是方波来选择合适的逆变器。

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