這里介紹的逆變器(見(jiàn)圖1)主要由MOS場(chǎng)效應(yīng)管,，普通電源變壓器構(gòu)成。其輸出功率取決于MOS場(chǎng)效應(yīng)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(ài)好者業(yè)余制作中采用。下面介紹該變壓器的工作原理及制作過(guò)程,。
工作原理
一、方波的產(chǎn)生 這里采用CD4069構(gòu)成方波信號(hào)發(fā)生器,。電路中R1是補(bǔ)償電阻,，用于改善由于電源電壓的變化而引起的震蕩頻率不穩(wěn)。電路的震蕩是通過(guò)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=1/2.2x103x2.2x10—6=62.6Hz，最小頻率為fmin=1/2.2x4.3x103x2.2x10—6=48.0Hz,。由于元件的誤差,，實(shí)際值會(huì)略有差異。其它多余的發(fā)相器,，輸入端接地避免影響其它電路,。
由于方波信號(hào)發(fā)生器輸出的振蕩信號(hào)電壓最大振幅為0~5V，為充分驅(qū)動(dòng)電源開(kāi)關(guān)電路,，這里用TR1,、TR2將振蕩信號(hào)電壓放大至0~12V。如圖3所示,。
場(chǎng)效應(yīng)管是該裝置的核心,，在介紹該部分工作原理之前，先簡(jiǎn)單解釋一下MOS場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理,。MOS場(chǎng)效應(yīng)管也被稱(chēng)為MOS FET,，即Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管)的縮寫(xiě)。它一般有耗盡型和增強(qiáng)型兩種,。本文使用的是增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管,，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4。
它可分為NPN型和PNP型,。NPN型通常稱(chēng)為N溝道型,，PNP型通常稱(chēng)P溝道型。由圖可看出,，對(duì)于N溝道型的場(chǎng)效應(yīng)管其源極和漏極接在N型半導(dǎo)體上,，同樣對(duì)于P溝道的場(chǎng)效應(yīng)管其源極和漏極則接在P型半導(dǎo)體上。我們知道一般三極管是由輸入的電流控制輸出的電流,。但對(duì)于場(chǎng)效應(yīng)管,，其輸出電流是由輸入的電壓(或稱(chēng)場(chǎng)電壓)控制,，可以認(rèn)為輸入電流極小或沒(méi)有輸入電流，這使得該器件有很高的輸入阻抗,，同時(shí)這也是我們稱(chēng)之為場(chǎng)效應(yīng)管的原因,。
為解釋MOS場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理，我們先了解一下僅含一個(gè)P—N結(jié)的二極管的工作過(guò)程,。如圖5所示,，我們知道在二極管加上正向電壓(P端接正極，N端接負(fù)極)時(shí),，二極管導(dǎo)通,，其PN結(jié)有電流通過(guò)。這是因在P型半導(dǎo)體端為正電壓時(shí),，N型半導(dǎo)體內(nèi)的負(fù)電子被吸引而涌向加有正電壓的P型半導(dǎo)體端,，而P型半導(dǎo)體端內(nèi)的正電子則朝N型半導(dǎo)體端運(yùn)動(dòng)，從而形成導(dǎo)通電流,。同理,，當(dāng)二極管加上反向電壓(P端接負(fù)極，N端接正極時(shí),，這時(shí)在P型半導(dǎo)體端為負(fù)電壓,，正電子被聚集在P型半導(dǎo)體端，負(fù)電子則聚集在N型半導(dǎo)體端,，電子不移動(dòng),，其PN結(jié)沒(méi)有電流流過(guò)，二極管截止,。
對(duì)于場(chǎng)效應(yīng)管(圖6),，在柵極沒(méi)有電壓時(shí)，有前面的分析可知,，在源極與漏極之間不會(huì)有電流流過(guò),，此時(shí)場(chǎng)效應(yīng)管處于截止?fàn)顟B(tài)(圖6a)。當(dāng)有一個(gè)正電壓加在N溝道的MOS場(chǎng)效應(yīng)管柵極上時(shí),，由于電場(chǎng)的作用,，此時(shí)N型半導(dǎo)體的源極和漏極的負(fù)電子被吸引出來(lái)而涌向柵極，但由于氧化膜的阻擋,，使得電子聚集在兩個(gè)N溝道之間的P型半導(dǎo)體中(見(jiàn)圖6b),，從而形成電流，使源極和漏極之間導(dǎo)通,。我們也可以想象為兩個(gè)N型半導(dǎo)體之間為一條溝,，柵極電壓的建立相當(dāng)于為他們之間搭了一座橋梁，該橋梁的大小由柵壓決定。圖8給出了P溝道場(chǎng)效應(yīng)管的工作過(guò)程,，其工作原理類(lèi)似這里就不再重復(fù),。
下面簡(jiǎn)述一下用C—MOS場(chǎng)效應(yīng)管(增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管)組成的應(yīng)用電路的工作過(guò)程(見(jiàn)圖8)。電路將一個(gè)增強(qiáng)型P溝道MOS場(chǎng)校官和一個(gè)增強(qiáng)型N溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管組合在一起使用,。
當(dāng)輸入端為底電平時(shí),，P溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，輸出端與電源正極接通,。當(dāng)輸入端為高電平時(shí),，N溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，輸出端與電源地接通,。在該電路中,，P溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管和N溝道場(chǎng)效應(yīng)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(guò)這種工作方式我們可以獲得較大的電流輸出。同時(shí)由于漏電流的影響,，使得柵壓在還沒(méi)有到0V,，通常在柵極電壓小于1V到2V時(shí)，MOS場(chǎng)效應(yīng)管即被關(guān)斷,。不同場(chǎng)效應(yīng)管關(guān)斷電壓略有不同,。也以為如此，使得該電路不會(huì)因?yàn)閮晒芡瑫r(shí)導(dǎo)通而造成電源短路,。
由以上分析我們可以畫(huà)出原理圖中MOS場(chǎng)效應(yīng)管部分的工作過(guò)程(見(jiàn)圖9),。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(hào)通過(guò)變壓器的低壓繞組時(shí)，會(huì)在變壓器的高壓側(cè)感應(yīng)出高壓交流電壓,，完成直流到交流的轉(zhuǎn)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(shí),，變壓器的低壓側(cè)有時(shí)會(huì)有很大的電流通過(guò)，所以該電路的保險(xiǎn)絲不能省略或短接,。
電路板見(jiàn)圖11,。所用元件可參考圖12。逆變器的變壓器采用次級(jí)為12V,、電流為10A,、初級(jí)電壓為220V的成品電源變壓器。P溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管(2SJ471)最大漏極電流為30A，在場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通時(shí),，漏—源極間電阻為25毫歐,。此時(shí)如果通過(guò)10A電流時(shí)會(huì)有2.5W的功率消耗。N溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管(2SK2956)最大漏極電流為50A,，場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通時(shí),，漏—源極間電阻為7毫歐，此時(shí)如果通過(guò)10A電流時(shí)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(shí)應(yīng)注意這點(diǎn),。圖13展示本文介紹的逆變器場(chǎng)效應(yīng)管在散熱器(100mm×100mm×17mm)上的位置分布和接法,。盡管場(chǎng)效應(yīng)管工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí)發(fā)熱量不會(huì)很大，出于安全考慮這里選用的散熱器稍偏大,。
四,、逆變器的性能測(cè)試
這里測(cè)試用的輸入電源采用內(nèi)阻低、放電電流大(一般大于100AH)的12V汽車(chē)電瓶,，可為電路提供充足的輸入功率,。測(cè)試用負(fù)載為普通的電燈泡。測(cè)試的方法是通過(guò)改變負(fù)載大小,，并測(cè)量此時(shí)的輸入電流,、電壓以及輸出電壓。
其測(cè)試結(jié)果見(jiàn)電壓,、電流曲線(xiàn)關(guān)系圖(圖15),。可以看出,，輸出電壓隨負(fù)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(guò)計(jì)算找出輸出電壓和功率的關(guān)系,。但實(shí)際上由于電燈泡的電阻會(huì)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(jì)算只能看作是估算,。以負(fù)載為60W的電燈泡為例：
假設(shè)燈泡的電阻不隨電壓變化而改變。因?yàn)镽燈=V2/W=2102/60=735Ω,，所以在電壓為208V時(shí),，W=V2/R=2082/735=58.9W。由此可折算出電壓和功率的關(guān)系,。通過(guò)測(cè)試,，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)輸出功率約為100W時(shí),，輸入電流為10A。此時(shí)輸出電壓為200V,。圖16為不同負(fù)載時(shí)輸出波形圖,，供大家制作是參考。再給大家看看廠家做好的逆變器產(chǎn)品,，只要我們大家肯動(dòng)手,，做出來(lái)并不比他們的差啊!
