工程师电子制作故事：逆变器电路DIY设计
这里介绍的逆变器（见图1）主要由mos 场效应管，普通电源变压器构成。其输出功率取决于mos 场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。下面介绍该逆变器的工作原理及制作过程。
1.电路图
2.工作原理
这里我们将详细介绍这个逆变器的工作原理。
2.1.方波信号发生器（见图2）
图2 方波信号发生器
这里采用六反相器cd4069构成方波信号发生器。电路中r1是补偿电阻，用于改善由于电源电压的变化而引起的振荡频率不稳。电路的振荡是通过电容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=1/2.2×3.3×103×2.2×10-6=62.6hz;最小频率fmin=1/2.2×4.3×103×2.2×10-6=48.0hz.由于元件的误差，实际值会略有差异。其它多余的反相器，输入端接地避免影响其它电路。
2.2场效应管驱动电路
图3 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。
2.3mos场效应管电源开关电路
下面简述一下用c-mos场效应管（增强型mos 场效应管）组成的应用电路的工作过程（见图4）。电路将一个增强型p沟道mos场效应管和一个增强型n沟道mos场效应管组合在一起使用。当输入端为低电平时，p沟道mos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mos场效应管导通，输出端与电源地接通。在该电路中，p沟道mos场效应管和n沟道mos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1到2v时，mos场效应管既被关断。不同场效应管其关断电压略有不同。也正因为如此，使得该电路不会因为两管同时导通而造成电源短路。
图4 mos场效应管电源开关电路
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5）。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。
图5
3、制作要点
电路板见图6。所用元器件可参考图7。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8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。
图6 电路板
图7所用元器件
图8 位置分布和接法
4. 逆变器的性能测试
测试电路见图9.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。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。
图9 测试电路
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=735ω，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.
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2.工作原理
这里我们将详细介绍这个逆变器的工作原理。
2.1.方波信号发生器（见图2）
图2 方波信号发生器
这里采用六反相器cd4069构成方波信号发生器。电路中r1是补偿电阻，用于改善由于电源电压的变化而引起的振荡频率不稳。电路的振荡是通过电容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=1/2.2×3.3×103×2.2×10-6=62.6hz;最小频率fmin=1/2.2×4.3×103×2.2×10-6=48.0hz.由于元件的误差，实际值会略有差异。其它多余的反相器，输入端接地避免影响其它电路。
2.2场效应管驱动电路
图3 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。
2.3mos场效应管电源开关电路
下面简述一下用c-mos场效应管（增强型mos 场效应管）组成的应用电路的工作过程（见图4）。电路将一个增强型p沟道mos场效应管和一个增强型n沟道mos场效应管组合在一起使用。当输入端为低电平时，p沟道mos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mos场效应管导通，输出端与电源地接通。在该电路中，p沟道mos场效应管和n沟道mos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1到2v时，mos场效应管既被关断。不同场效应管其关断电压略有不同。也正因为如此，使得该电路不会因为两管同时导通而造成电源短路。
图4 mos场效应管电源开关电路
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5）。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。
图5
3、制作要点
电路板见图6。所用元器件可参考图7。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8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。
图6 电路板
图7所用元器件
图8 位置分布和接法
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测试电路见图9.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。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。
图9 测试电路
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=735ω，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.
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