12v DC至220v AC轉換器電路
在無法從市電獲得交流電源的地方,通常需要使用逆變器。逆變器電路用于將直流電轉換為交流電。逆變器可分為兩類 真/純正弦波逆變器和準或改進型逆變器。這些真/純正弦波逆變器價格昂貴,而改良或準逆變器價格便宜。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202308/449246.htm這些改進型逆變器產生的是方波,不能用于為精密電子設備供電。這里,使用功率晶體管作為開關器件,構建了一個簡單的電壓驅動逆變器電路,可將 12V 直流信號轉換為單相 220V 交流電。
電路原理
每個逆變器電路的基本原理都是利用給定的直流電產生振蕩,并通過放大電流將這些振蕩施加到變壓器的初級。然后,根據初級線圈和次級線圈的匝數,將初級電壓升壓至更高的電壓。
使用晶體管的逆變器電路
使用簡單的晶體管也能設計出 12 伏直流電到 220 伏交流電的轉換器。它可用于為最大功率為 35W 的燈具供電,也可通過增加更多的 MOSFET 來驅動功率更大的負載。
該電路中的逆變器是方波逆變器,可用于不需要純正弦波交流電的設備。
電路圖
所需元件
12 伏電池
mosfet irf 630 -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。
工作原理
電路可分為三部分:振蕩器、放大器和變壓器。由于交流電源的頻率為 50Hz,因此需要一個 50Hz 振蕩器。
這可以通過構建一個可產生 50Hz 方波的 Astable 多頻振蕩器來實現。在電路中,R1、R2、R3、R4、C1、C2、T2 和 T3 構成振蕩器。
每個晶體管都能產生反相方波。R1、R2 和 C1(R4、R3 和 C2 相同)的值將決定頻率。晶振多頻振蕩器產生方波的頻率公式為
F = 1/(1.38*R2*C1)
振蕩器的反相信號由功率 MOSFETS T1 和 T4 放大。這些放大后的信號被送入升壓變壓器,其中心抽頭連接至 12V 直流電。
變壓器的匝數比必須為 1:19,才能將 12V 電壓轉換為 220V。變壓器將兩個反相信號合并,產生 220 伏交流方波輸出。
通過使用 24V 電池,可為高達 85W 的負載供電,但這種設計效率較低。為了提高逆變器的容量,必須增加 MOSFET 的數量。
使用晶閘管的 12 伏直流至 220 伏交流轉換器電路
逆變器電路既可以使用晶閘管作為開關器件,也可以使用晶體管。 在中低功率應用中,通常使用功率晶體管。使用功率晶體管的原因是,它們的輸出阻抗非常低,允許最大電流在輸出端流動。
晶體管的重要應用之一是開關。 在這種應用中,晶體管偏置在飽和區和截止區。
當晶體管偏置在飽和區時,集電極發射極和集電極基極結均為正向偏置。此時,集電極發射極電壓最小,集電極電流最大。
該電路的另一個重要方面是振蕩器。555 定時器集成電路的一個重要用途是用作天穩定多頻振蕩器。
可控多頻振蕩器產生的輸出信號可在兩種狀態之間切換,因此可用作振蕩器。振蕩頻率由電容和電阻的值決定。
電路圖
電路元件
V1 = 12 伏
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
電路設計說明
振蕩器設計:可將星型多頻振蕩器用作振蕩器。這里設計的是一個使用 555 定時器的天穩定多頻振蕩器。我們知道,555 定時器在星穩態模式下的振蕩頻率為
f = 1.44/(R1+2*R2)*C
其中,R1 是放電引腳與 Vcc 之間的電阻,R2 是放電引腳與閾值引腳之間的電阻,C 是閾值引腳與地之間的電容。 此外,輸出信號的占空比由以下公式給出:
D = (R1+R2)/(R1+2*R2)
由于我們的要求是 f =50Hz 和 D = 50%,并假設 C 為 0.1uF,因此我們可以計算出 R1 和 R2 的值分別為 10K 和 140K 歐姆。在此,我們傾向于使用 150K 電位器來微調輸出信號。
此外,在控制引腳和地之間還使用了一個 0.01uF 的陶瓷電容器。
開關電路設計:我們的主要目的是開發 220V 的交流信號。這就需要使用大功率晶體管,使最大電流流向負載。因此,我們使用最大集電極電流為 6A 的功率晶體管 TIP41,基極電流由集電極電流除以直流電流增益得出。 因此,偏置電流約為 0.4A *10,即 4A。不過,由于該電流大于晶體管的最大基極電流,我們傾向于選擇一個小于最大基極電流的值。假設偏置電流為 1A。偏置電阻的值為
Rb = (Vcc - VBE(ON))/Ibias
每個晶體管的 VBE(ON)電壓約為 2V。因此計算得出每個晶體管的 Rb 為 10 歐姆。由于二極管用于偏壓,因此二極管上的正向壓降應等于晶體管上的正向壓降。因此,使用了 1N4007 二極管。
PNP 和 NPN 晶體管的設計考慮因素相同。我們使用的是 PNP 功率晶體管 TIP42。
輸出負載設計: 由于開關電路的輸出是脈寬調制輸出,因此可能包含基波交流頻率以外的諧波頻率。因此,需要使用一個電解質電容器,只允許基頻通過。在這里,我們使用一個 2200uF 的電解質電容器,其容量足以濾除諧波。由于需要獲得 220V 輸出,因此最好使用升壓變壓器。這里使用的是 12V/220V 升壓變壓器。
12 伏直流至 220 伏交流轉換器電路操作
當使用 12V 電池為該設備供電時,555 定時器在可控模式下產生頻率為 50Hz 的方波信號。
當輸出為邏輯高電平時,二極管 D2 將導通,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。當輸出為邏輯低電平時,二極管 D1 將導通,電流將通過 D1 和 R4 流向 Q2 的基極,使其接通。
這樣,變壓器初級兩端就能交替產生直流電壓。電容器可確保信號頻率達到所需的基頻。
然后,變壓器初級上的 12 伏交流信號會通過變壓器次級升壓為 220 伏交流信號。
12 伏直流至 220 伏交流轉換器電路的應用
該電路可用于汽車和其他交通工具,為小型電池充電。
該電路可用于驅動小功率交流電機
可用于太陽能發電系統。
局限性
由于使用了 555 定時器,輸出可能會在所需的 50% 占空比附近略有不同,即很難實現精確的 50% 占空比信號。
使用晶體管會降低電路效率。
使用開關晶體管有可能導致輸出信號交叉失真。不過,使用偏置二極管在一定程度上減少了這種限制。
注意事項
可以使用任何星型多諧器來代替 555 定時器。例如,也可以使用 4047 星型可變多頻振蕩器來構建此電路,其輸出電流經過放大后應用于變壓器。
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