自制逆变器电路及工作原理今天我们来介绍一款逆变器(见图1)主要由MO场效应管,普通电源变压器构成其输出功率取决于MOSg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—CCRRRRRRIITTTTTT123457SL052SC18152SC1S152W12SK29562SJ471C3__0/77/77ClOUTTcFplC2=hR.■III>77TR1TnuDIfOUTRlITAC220V—K)nJF'I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方波的产生这里采用CD4069构成方波信号发生器图2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=1/2.2RC图示电路的最大频率为:fmax=1/2.2*2.2*103*2.2x10-6=93.9Hz,最小频率为fmin=1/2.2*4.2*103*2.2*10-6=49.2Hz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0~5V,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0~12V。
如图3所示12V777场效应管电源开关电路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MOSg效应管也被称为MOSFET即MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor(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MOSg效应管,其内部结构见图4它可分为NPh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源极N沟道场效应管源根P沟道场效应管目网www.dianvua为解释M0觀效应管的工作原理,我们先了解一下仅含一个—N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PN结没有电流流过,二极管截止对于场效应管(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重复下面简述一下用C—MOSg效应管(增强型MOSg效应管)组成的应用电路的工作过程(见图7)电路将一个增强型P沟道MOSg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MO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MO%效应管导通,输出端与电源地接通在该电路中,P沟道MOSg效应管和N沟道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PGN以上分析我们可以画出原理图中MO场效应管部分的工作过程(见图8)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LO电路板见图10所用元件可参考图11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MOSg效应管(2SJ471)最大漏极电流为30A,在场效应管导通时,漏一源极间电阻为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MOSg效应管(2SK2956最大漏极电流为50A,场效应管导通时,漏一源极间电阻为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12展示本文介绍的逆变器场效应管在散热器(100mM100mrK17mm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10O7805C3K11E01U12E02E13E回Vto回16输入一►-输出11II[t…地03K何15II]05Vss[7刃14CC4069ODOS2SJ4713.源极2SK2556图11图12DC-AC逆变器+Z+Hr12V汽车电瓶—+DCAC输入输出C12V)(22OV)图13四、逆变器的性能测试测试电路见图13这里测试用的输入电源采用内阻低、放电电流大(一般大于1OOA)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14a)。
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=V2/W=2102/60=73也,所以在电压为208V时,W=V2/R=2082/735=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逆变器电源效率特性见图14b图15为不同负载时输出波形图供大家制作是参考功璋7数率特性国功宰CM图15空载时输出波形120W负载图1678L05中文资料:[产品资料]78L05描述是一种固定电压(5V)三端集成稳压器,其适用于很多应用场合•象牵涉到单点稳压场合需要限制噪声和解决分布问题的在-卡调节.此外它们还可以和其它功率转移器件一起构成大电流的稳压电源,如可驱动输出电流高达100毫安的稳压器SO-8TO-92SOT-89其卓越的内部电流限制和热关断特性使之特别适用于过载的情况•当用于替代传统的齐纳二极管-电阻组的时候,其输出阻抗得到有效的改善,其偏置电流大大减少.78L05特性三-端稳压器输出电流可达到100mA无需外接元件内部热过载保护内部短路电流限制从2004年底开始,提供的各类封装形式,均为无铅封装产品78L05应用须知如果稳压器离电源滤波器有一段距离,Cin是必需的Co对稳定性而言是可有可无的,但的确能够改善瞬态响应78L05内部电路图78L05内部电路图;输入78L05典型线路图78L05典型线路图;X78LXXCOO.1pFC1丰0.33pF注;(1)为确定输出电压值,请选择电压值后缀(XX)(2)为获得最佳的稳定性和瞬态响应,建议使用旁边电容并尽量可能挨着电路安装。