由MOS管、變壓器構(gòu)成的DC-AC逆變器工作原理

圖6

為解釋MOS 場效應(yīng)管的工作原理，我們先了解一下僅含有一個P—N結(jié)的二極管的工作過程。如圖6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，二極管導(dǎo)通，其PN結(jié)有電流通過。這是因?yàn)樵赑型半導(dǎo)體端為正電壓時，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，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，這時在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，其PN結(jié)沒有電流通過，二極管截止。

圖7a 圖7b

對于場效應(yīng)管(見圖7)，在柵極沒有電壓時，由前面分析可知，在源極與漏極之間不會有電流流過，此時場效應(yīng)管處與截止?fàn)?span style="line-height: 1.5; ">態(tài)(圖7a)。當(dāng)有一個正電壓加在N溝道的MOS 場效應(yīng)管柵極上時，由于電場的作用，此時N型半導(dǎo)體的源極和漏極的負(fù)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(dǎo)體中(見圖7b)，從而形成電流，使源極和漏極之間導(dǎo)通。我們也可以想像為兩個N型半導(dǎo)體之間為一條溝，柵極電壓的建立相當(dāng)于為它們之間搭了一座橋梁，該橋的大小由柵壓的大小決定。圖8給出了P溝道的MOS 場效應(yīng)管的工作過程，其工作原理類似這里不再重復(fù)。

圖8

下面簡述一下用C-MOS場效應(yīng)管(增強(qiáng)型MOS 場效應(yīng)管)組成的應(yīng)用電路的工作過程(見圖9)。電路將一個增強(qiáng)型P溝道MOS場效應(yīng)管和一個增強(qiáng)型N溝道 MOS場效應(yīng)管組合在一起使用。當(dāng)輸入端為低電平時，P溝道MOS場效應(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，N溝道MOS場效應(yīng)管導(dǎo)通，輸出端與電源地接通。在該電路中，P溝道MOS場效應(yīng)管和N溝道MOS場效應(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。通過這種工作方式我們可以獲得較大的電流輸出。同時由于漏電流的影響，使得柵壓在還沒有到0V，通常在柵極電壓小于1到2V時，MOS場效應(yīng)管既被關(guān)斷。不同場效應(yīng)管其關(guān)斷電壓略有不同。也正因?yàn)槿绱耍沟迷撾娐凡粫驗(yàn)閮晒芡瑫r導(dǎo)通而造成電源短路。

由以上分析我們可以畫出原理圖中MOS場效應(yīng)管電路部分的工作過程(見圖10)。工作原理同前所述。這種低電壓、大電流、頻率為50Hz的交變信號通過變壓器的低壓繞組時，會在變壓器的高壓側(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，變壓器的低壓側(cè)有時會有很大的電流通過，所以該電路的保險絲不能省略或短接。

制作要點(diǎn)

電路板見圖11。所用元器件可參考圖12。逆變器用的變壓器采用次級為12V、電流為10A、初級電壓為220V的成品電源變壓器。P溝道MOS場效應(yīng)管(2SJ471)最大漏極電流為30A，在場效應(yīng)管導(dǎo)通時，漏-源極間電阻為25毫歐。此時如果通過10A電流時會有2.5W的功率消耗。N溝道MOS場效應(yīng)管(2SK2956)最大漏極電流為50A，場效應(yīng)管導(dǎo)通時，漏-源極間電阻為7毫歐，此時如果通過10A電流時消耗的功率為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應(yīng)注意這點(diǎn)。圖13展示本文介紹的逆變器場效應(yīng)管在散熱器(100mm×100mm×17mm)上的位置分布和接法。盡管場效應(yīng)管工作于開關(guān)狀態(tài)時發(fā)熱量不會很大，出于安全考慮這里選用的散熱器稍偏大。