使用非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的12VDC至220VAC轉(zhuǎn)換器電路

在無法從電源獲得交流電源的地方通常需要逆變器。逆變器電路用于將直流電源轉(zhuǎn)換為交流電源。逆變器可以是真/純正弦波逆變器和準或改進逆變器兩種類型。這些真/純正弦波逆變器價格昂貴，而改裝或準逆變器則價格低廉。

這些改進的逆變器產(chǎn)生方波，這些不用于為精密的電子設(shè)備供電。本文構(gòu)建了一個簡單的電壓驅(qū)動逆變電路，使用功率晶體管作為開關(guān)器件，將12VDC信號轉(zhuǎn)換為單相220VAC。

該電路背后的原理

每個逆變器電路背后的基本思想是使用給定的直流產(chǎn)生振蕩，并通過放大電流將這些振蕩施加到變壓器的初級端。然后，該初級電壓根據(jù)初級線圈和次級線圈的匝數(shù)升壓至更高的電壓。

還可以了解12V至24V直流轉(zhuǎn)換器電路

使用晶體管的逆變電路

12VDC至220VAC轉(zhuǎn)換器也可以使用簡單的晶體管進行設(shè)計。它可用于為高達35W的燈供電，但可以通過添加更多MOSFET來驅(qū)動更強大的負載。

本電路中實現(xiàn)的逆變器是方波逆變器，可與不需要純正弦波交流電的設(shè)備配合使用。

電路圖

所需組件

12v電池

場效應(yīng)管IRF630-2

2N2222晶體管

2.2UF電容器-2

電阻器

680歐姆-2

12K-2

12V-220V中心抽頭升壓變壓器。

加工

電路可分為振蕩器、放大器和變壓器三部分。由于交流電源的頻率為50Hz，因此需要一個50Hz振蕩器。

這可以通過構(gòu)建一個非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器來實現(xiàn)，該多諧振蕩器產(chǎn)生50Hz的方波。在電路中，R1、R2、R3、R4、C1、C2、T2和T3構(gòu)成振蕩器。

每個晶體管產(chǎn)生反相方波。R1、R2和C1的值（R4、R3和C2相同）將決定頻率。非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器產(chǎn)生的方波頻率的公式為

F=1/（1.38R2C1）

來自振蕩器的反相信號由功率MOSFETT1和T4放大。這些放大的信號被提供給升壓變壓器，其中心抽頭連接到12VDC。

變壓器的匝數(shù)比必須為1：19才能將12V轉(zhuǎn)換為220V。變壓器將兩個反相信號組合在一起，產(chǎn)生220V交流方波輸出。

通過使用24V電池，可以為高達85W的負載供電，但設(shè)計效率低下。為了增加逆變器的容量，必須增加MOSFET的數(shù)量。

使用非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的12VDC至220VAC轉(zhuǎn)換器電路

逆變電路既可以使用晶閘管作為開關(guān)器件，也可以使用晶體管。通常，對于中低功率應(yīng)用，使用功率晶體管。使用功率晶體管的原因是它們具有非常低的輸出阻抗，允許最大電流在輸出端流動。

晶體管的重要應(yīng)用之一是開關(guān)。對于此應(yīng)用，晶體管在飽和和截止區(qū)域存在偏置。

當晶體管在飽和區(qū)域偏置時，集電極發(fā)射極和集電極基極結(jié)均正向偏置。這里集電極發(fā)射極電壓最小，集電極電流最大。

該電路的另一個重要方面是振蕩器。555定時器IC的一個重要用途是用作非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器。

非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器產(chǎn)生在兩種狀態(tài)之間切換的輸出信號，因此可用作振蕩器。振蕩頻率由電容器和電阻器的值決定。

電路圖

12vDC到220vAC轉(zhuǎn)換器電路圖

電路元件

V1=12V

R1=10K

R2=150K

R3=10歐姆

R4=10歐姆

?Q1=TIP41

Q2=TIP42

D1=D2=1N4007

C3=2200uF

T1=12V/220V升壓變壓器

電路設(shè)計說明

振蕩器設(shè)計：非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器可用作振蕩器。這里設(shè)計了一個使用555定時器的非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器。我們知道，555定時器在非穩(wěn)定模式下的振蕩頻率由下式給出：

f=1.44/（R1+2*R2）*C

其中R1是放電引腳和Vcc之間的電阻，R2是放電引腳和閾值引腳之間的電阻，C是閾值引腳和地之間的電容。輸出信號的占空比也由下式給出：

D=（R1+R2）/（R1+2*R2）

由于我們的要求是f=50Hz和D=50%，并且假設(shè)C為0.1uF，我們可以計算R1和R2的值分別為10K和140K歐姆。在這里，我們更喜歡使用150K電位計來微調(diào)輸出信號。

此外，在控制引腳和地之間還使用了0.01uF的陶瓷電容器。

開關(guān)電路設(shè)計：我們的主要目標是開發(fā)220V的交流信號。這需要使用高功率晶體管來允許最大流量的電流流向負載。因此，我們使用最大集電極電流為41A的功率晶體管TIP6，其中基極電流由集電極電流除以直流電流增益給出。這給出了大約0.4A*10的偏置電流，即4A。但是，由于該電流大于晶體管的最大基極電流，因此我們更喜歡小于最大基極電流的值。假設(shè)偏置電流為1A。偏置電阻由下式給出

Rb=(Vcc–VBE(ON))/Ibias

對于每個晶體管，VBE(ON)大約是2V。因此Rb每個計算為10歐姆。由于二極管用于偏置，二極管兩端的正向壓降應(yīng)等于晶體管兩端的正向壓降。因此，使用二極管1N4007。

PNP和NPN晶體管的設(shè)計考慮因素是相同的。我們正在使用PNP功率晶體管TIP42。

輸出負載設(shè)計：由于開關(guān)電路的輸出是脈寬調(diào)制輸出，因此可能包含基波交流頻率以外的諧波頻率。因此，需要使用電解質(zhì)電容器，僅允許基頻通過它。這里我們使用2200uF的電解質(zhì)電容器，其大小足以濾除諧波。由于需要獲得220V輸出，因此最好使用升壓變壓器。這里使用12V/220V升壓變壓器。

12VDC至220VAC轉(zhuǎn)換器電路操作

當本設(shè)備使用12V電池供電時，以非穩(wěn)定模式連接的555定時器產(chǎn)生50Hz頻率的方波信號。

當輸出處于邏輯高電平時，二極管D2將導(dǎo)通，電流將通過二極管D1、R3到達晶體管Q1的基極。

因此，晶體管Q1將被接通。當輸出處于邏輯低電平時，二極管D1將導(dǎo)通，電流將通過D1和R4流向Q2的基極，使其導(dǎo)通。

這允許在變壓器的初級上以交替的間隔產(chǎn)生直流電壓。電容器確保信號頻率處于所需的基頻。

然后，變壓器初級端的12V交流信號升壓至變壓器次級端的220V交流信號。

12vDC至220vAC轉(zhuǎn)換器電路的應(yīng)用

1.該電路可用于汽車和其他車輛為小型電池充電。

2.該電路可用于驅(qū)動低功率交流電機

3.它可用于太陽能發(fā)電系統(tǒng)。

局限性

1.由于使用555定時器，輸出可能會在所需的50%占空比附近略有變化，即很難實現(xiàn)精確的50%占空比信號。

2.晶體管的使用會降低電路的效率。

3.使用開關(guān)晶體管可能會導(dǎo)致輸出信號交叉失真。然而，通過使用偏置二極管，這一限制在一定程度上得到了減少。

注意

代替555定時器，可以使用任何非穩(wěn)定的多諧振蕩器。例如，該電路也可以使用4047非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器構(gòu)建，其輸出電流被放大并施加到變壓器上。