今天我們來介紹一款逆變器(見圖1)主要由MOS場效應管,普通電源變壓器構成。其輸出功率取決于MOS場效應管和電源變壓器的功率,免除了煩瑣的變壓器繞制,適合電子愛好者業余制作中采用。下面介紹該變壓器的工作原理及制作過程。
電路圖(1)
工作原理:
這里我們將詳細介紹這個逆變器的工作原理。
一、方波的產生
這里采用CD4069構成方波信號發生器。電路中R1是補償電阻,用于改善由于電源電壓的變化而引起的震蕩頻率不穩。電路的震蕩是通過電容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,實際值會略有差異。其它多余的發相器,輸入端接地避免影響其它電路。
圖2
二、 場效應管驅動電路。
由于方波信號發生器輸出的振蕩信號電壓最大振幅為0~5V,為充分驅動電源開關電路,這里用TR1、TR2將振蕩信號電壓放大至0~12V。如圖3所示。
圖3
三、 場效應管電源開關電路。
場效應管是該裝置的核心,在介紹該部分工作原理之前,先簡單解釋一下MOS場效應管的工作原理。
MOS場效應管也被稱為MOS FET,即Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor(金屬氧化物半導體場效應管)的縮寫。它一般有耗盡型和增強型兩種。本文使用的是增強型MOS場效應管,其內部結構見圖4。它可分為NPN型和PNP型。NPN型通常稱為N溝道型,PNP型通常稱P溝道型。由圖可看出,對于N溝道型的場效應管其源極和漏極接在N型半導體上,同樣對于P溝道的場效應管其源極和漏極則接在P型半導體上。我們知道一般三極管是由輸入的電流控制輸出的電流。但對于場效應管,其輸出電流是由輸入的電壓(或稱場電壓)控制,可以認為輸入電流極小或沒有輸入電流,這使得該器件有很高的輸入阻抗,同時這也是我們稱之為場效應管的原因。
圖4
為解釋MOS場效應管的工作原理,我們先了解一下僅含一個P—N結的二極管的工作過程。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端接負極)時,二極管導通,其PN結有電流通過。這是因在P型半導體端為正電壓時,N型半導體內的負電子被吸引而涌向加有正電壓的P型半導體端,而P型半導體端內的正電子則朝N型半導體端運動,從而形成導通電流。同理,當二極管加上反向電壓(P端接負極,N端接正極時,這時在P型半導體端為負電壓,正電子被聚集在P型半導體端,負電子則聚集在N型半導體端,電子不移動,其PN結沒有電流流過,二極管截止。
圖 5
對于場效應管(圖6),在柵極沒有電壓時,有前面的分析可知,在源極與漏極之間不會有電流流過,此時場效應管處于截止狀態(圖6a)。當有一個正電壓加在N溝道的MOS場效應管柵極上時,由于電場的作用,此時N型半導體的源極和漏極的負電子被吸引出來而涌向柵極,但由于氧化膜的阻擋,使得電子聚集在兩個N溝道之間的P型半導體中(見圖6b),從而形成電流,使源極和漏極之間導通。我們也可以想象為兩個N型半導體之間為一條溝,柵極電壓的建立相當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溝道場效應管的工作過程,其工作原理類似這里就不再重復。
了解了以上原理后,我們可以學著自己動手做
自制逆變器12v變220v電路圖
逆變器原理圖中有一個12V的電機,還有一款220V轉12V的變壓器,還有一個電源在9-12V,我們最好選用12V的電源,沒錯你沒看錯只需要這幾個元件,至于為什么選擇12V的電機呢?我們選用的變壓器本來就是12V轉220V的,所以最好在變壓器的輸入端是12V的交流電,如果選用電機電壓較小,有可能由于電源電壓太高把電機給燒掉,太大的話,可能12伏電源還不能讓這個電機轉動,這就達不到目的了,其實選用12V的電機還可以保障我們能夠得到接近12V的交流電。
大家最關心的可能是這個電機為什么能夠做一個逆變器,其實說白了,逆變器就是把直流電變成交流電,最后再經過變壓器升壓得到想要的電壓,比如我們這篇文章是想得到接近220V的交流電壓,變壓器是能夠給交流電進行升壓,直流電卻不行,所以這里電機的作用就是把直流電變成交流電,至于為什么電機能夠把直流電變成交流電呢?其實這和電機內部結構有關,電動機線圈每當躍過平衡位置時就會改變電流方向,這個知識點在高中物理課本上出現過,老師應該都講過,所以直流電流經電機后能夠很容易地變成交流電。
連好所有的線路在變壓器的輸出端接個220V的燈泡就可以了,像視頻中制作逆變器的方法,雖說制作方法很簡單,但是功率不會很大,所以為了能夠獲得比較好的效果,我們最好接個小功率的LED燈來測試一下,如果想要大功率可以采用大功率的三極管來做,如果大家比較感興趣的話,抽時間還會分享一下大功率的逆變器的制作方法。
上圖就是實際檢測效果圖,當電源連在電機兩端時電機就會轉動,同時我們還可以看到LED燈變亮,有的LED燈輸入電壓范圍可能會比較廣,所以不止12V電壓能夠帶動這個220V的LED燈,很有可能比這個電壓小的電源也能帶動LED燈,比如9V干電池做電源,不過這個得以實際測試結果為準。