电源逆变器电路图

逆变器电路及原理

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。

最简单的逆变器电路

 最简单的逆变器电路:

下图是一个简单逆变器的电路图.其特点是共集电极电路,可将三极管的集电极直接安装在机壳上,便于散热.不易损坏三极管.,我的简单逆变器用了十多年了,没出现过一次烧管的事.现给大家介绍一下制作方法.

变压器的制作:

可根据自己的需要选用一个机床用的控制变压器.我用的是100W的控制变压器.将变压器铁芯拆开,再将次级线圈拆下来.并记录下每伏圈数.然后重新绕次级线圈.用1.35mm的漆包线,先绕一个22V的线圈,在中间抽头,这就是主线圈.再用0.47的漆包线线绕两个4V的线圈为反馈线圈,线圈的层间用较厚的牛皮纸绝缘.线圈绕好后插上铁芯.将两个4V次级分别和主线圈连在一起,注意头尾的别接反了.可通电测电压.如果4V线圈和主线圈连接后电压增加说明连接正确,反之就是错的.

可换一下接头.这样变压器就做好了. 电阻的选择.两个与4V线圈串联的电阻可用电阻丝制作.可根据输出功率大小选择电阻的大小,一般的几个欧姆.输出功率大时,电阻越小,偏流电阻用1W的300欧姆的电阻.不接这个电阻也能工作.但由

于管子的参数不一致有时不起振,最好接一个. 三极管的选择:每边用三只3DD15并联.共用六只管子.电路连接好后检查无错误,就可以通电调整了. 接上蓄电池,找一个100W的白炽灯做负载.打开开关,灯泡应该能正常发光.如果不能正常发光,可减小基极的电阻.直到能正常发光为止.再接上彩电看能否正常启动.不能正常启动也是减小基极的电阻.

调整完毕后就可以正常使用了. 我的逆变器和充电器做在了一个机壳内,输出并联在了家里的交流电源上.并安装上了继电器,停电时可自动切换为逆变器供电,并切断外电路,来电时自动接上交流电切断逆变器供电并转入充电状态.如果没有停电来电状态指示灯的话，停电来电时无感觉.

我的UPS，想改成车用的逆变器。怎改？

逆变器是UPS的主要组成部分。由于整流器已将交流输入电压变成直流电压，而负载所需的是交流电压，就必须有一种电路再将该直流电压变回交流，执行这个任务的装置就叫逆变器。逆变器电路的种类很多，在UPS中常见的有推挽变换器、半桥逆变器、全桥逆变器、双向变换器等。

1. 直流变换器

直流变换器是一种最简单最基本的逆变器电路，主要应用于后备式UPS中，它分为自激式和它激式两种。

1. 自激式推挽变换器

自激式推挽变换器图1 自激式直流推挽变换器 图1(a)所示是自激式直流推挽变换器电路，所谓自激就是不用外来的触发信号，UPS就可以利用自激振荡的方式输出交流电压，其交流电压的波形为方波，如图1(b)所示的波形UN。UN是当电源电压E为额定值时的输出情况（其中丛御阴影部分除外）。自激直流变换器电路主要用于对电压稳定度要求不高但不能断电的地方，如电冰箱、紧要照明用的白炽灯、高压钠灯和金属卤素灯等，供电条件差的农村居民也有不少采用了这种电路作不间断电源。由于它的电路简单、价格便宜、可靠性高，故也很受欢迎。

该电路的工作原理如下：在时间t=t0加直流电压E，这时由于晶体管V1和V2的基极电压 Ub1=Ub2=0，二者不具备开启条件，但在它们的集电极和发射极之间却都有漏电流，如图中的I1和I2所示，且二电流在变压器绕组中的流动方向相反，由于器件的分散性，使得 I1-I2=ΔI≠0，这个差值电流ΔI就在绕组中产生一个磁通量，于是就在基极绕组中感应出电压Ub1和Ub2，由同名端的标志可以看出，这两个电压的极性是相反的，即一个Ub给晶体管基极加正电压，使其开通，另一个Ub给另一个晶体管基极加负压，使其进一步截止。电路的设计正好是漏电流大的那一个晶体管基极所感应出的Ub给自己基极加正压，而漏电流小的那一个晶体管基极所加的是负压，基极加正压管子的集电极电流进一步增加，又进一步使它的基极电压增大，这样一个雪崩式的过程很快使该管（设为V1）电流达到饱和值，即V1集电极-发射极之间的压降UCE1=0，绕组N1和N2上的电压也达到了最大值UN1=UN2=E，此后由于磁芯进入饱和阶段，磁芯中磁通的变化量减小，各绕组感应的电压也相应减小，原来导通的管子由于集电极电流增大（磁芯饱和所致）和基极电流减小而脱离饱和区，使绕组感应的电压进一步减小，这样一个反变化过程使得V1雪崩式地截止而V2达到饱和，如图1(b)t1所示。而后就再重复上面的过程，于是就形成了如图1(b)所示的方波波形。有时为了使启动更快和更可靠，就加一个RC启动触发环节。

该电路方案的不足之处就在于它的不稳压。它的输出电压随着电源电压E的高低起伏，如图1(b)UH阴影部分所示的情形，如果电源电压E一直这样高，其输出电压也就一直高。若电源电压E降到UL这样低的水平，如图1(b)UL阴影部伍郑枣分所示，则输出电压也跟着低下去。因此，这种电路方案在以后的后备式UPS中就不被采用了。

2. 它激式推挽变换器

由于自激式推挽变换器不能满足输出电压稳定的要求，它激式推挽变换器就得到了广泛地应用。所谓“它激”就是电路的振荡工作是由外加控制信号的激发而实现的。图2(a)所示的就是它激式推挽直流变换器电路原理图。由图中可以看出，前面自激式推挽变换器的基极反馈绕组被取消了，代替它的功能的环节是电源控制组件IC，在早期用的是TDA1060，后来多采用LM3842或LM3845等。采用电源控制组件IC发出方波控制脉冲使UPS工作，在变压器输出端有一个与输出电压成正比的反馈信号回送给IC，使其根据输入端电压的变化和输出负载的变化来调整控制脉冲的宽度，以保证输出电压稳定在设计范围内。

下面就介绍一下该电路的工作原理。

当接通电源控制脉冲时，电源控制组件IC开始工作并发出方波控制脉冲，使推挽变换器的两个功率管按照脉冲的同样宽度输出方波电压，设在E为额定值时，UPS的输出电压也为额定值，如图2(b)输出波形图中粗线所示的波形UN，设此时的输出脉冲宽度为δ2，如果由于某种原因使电源电压升至UH，这时的测量与控制电路就会自动将控制信号的脉冲宽度由δ2减小至δ1，如图2(b)UH阴影所示，以保证输出脉冲电压的面积不变，即

(3)

时，输出电压不变。同样，当由于某种原因使电源电压降低到UL时，这时的测量与控制电路就会自动将控制信号的脉冲宽度由δ2增大到δ3，如图1(b)UL阴影所示，以保证输出脉冲电压的面积不变，即

（4）

由此就得出了维持输出电压稳定的条件为：

（5）

当输出端负载变化时，由于输出线路和UPS内阻的共同作用也必然导致输出电压的变动，这种瞬间地变动通电压过反馈电路送入电源控制组件IC的相应输入端，经比较和转换后，去改变控制脉冲的宽度，以保证输出电压的稳定。

由这种它激式推挽变换器输出的具有稳压功能的脉冲电压波形称为准方波，以区别于不具稳压功能的自激式直流变换器输出的波形。有的将准方波叫成阶梯波，这是一种误会，所谓阶梯，如图3所示（该图是将上图一种电源电压UN或UH或UL的情况单画出来的波形）。而实际上并非如此，因为输出电压分正半波和负半波，并且每个半波仅有一个台阶，不在阶梯定义范畴之内。是否可以当阶梯来看呢？不可以。因为若把该半波当成阶梯波来看，就必须将基线移到最上端或最下端，不论移到哪一端，电压都变成了单极性的值：正半波或负半波。这和正负半波交替的事实完全不符，因此阶梯波之说是一种误会。

2. 桥式逆变器

桥式逆变器名称的来源是它的电路结构形式很像“惠斯登”电桥。由于对输出电压要求稳定的原因，故桥式逆变器的触发方式几乎都是它激。在线式UPS多采用桥式逆变器，因为它有着比推挽变换器更大的优点。比如推挽变换器功率管上的电压为电源电压的2倍，更加上状态转换时的上冲尖峰，要求该器件的耐压就更高，这样以来不但增加了器件的成本，而且也由于功率管工作电压的提高，降低了它的输出能力，因此用在后备式UPS上居多。桥式逆变器就克服了这些缺点，并且根据要求的不同，电路又分成半桥逆变器和全桥逆变器，下面将分别进行讨论。

1. 半桥逆变器

所谓半桥逆变器实际上电路的结构形式也是桥式的，所差的是两个桥臂上的器件不同。图4所示的是半桥逆变器结构及电原理图，图4(a)是它的电原理图，图4(b)是它的输出波形图。由图中可见，电桥的左边由电容器构成，右边由功率管构成，输出端就设在两电容器连接点和两功率管连接点之间。下面就讨论一下它的简单工作原理。

(a)电原理图

(b)输出波形图4 半桥逆变器结构及电原理图

假设电路已处于工作的准备状态，即电容C1和C2已充满电。在时间t=0功率管V1被打开，电流I1由电容器C1的正极出发，如空心箭头所示，流经功率管V1、变压器Tr初级绕组N1的BA、回到C1的负极，一直到t=t1，形成正半波，如图4(b)所示。在t=t1时，V1由于正触发信号的消失而截止，此时正触发信号加到了V2的控制极，使其开通，电流I2由电容器C2的正极出发流经变压器Tr初级绕组N1的AB，如图中的实心箭头所示，可以看出这时的电流方向是相反的，电流I2通过变压器后流经功率管

简单的逆变器电路图分析

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。

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