變器在電源發(fā)生故障時為基于電源的設(shè)備提供備用電源。市面上的逆變器大多電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，經(jīng)濟(jì)性不高。其中一些會產(chǎn)生方波輸出，這對于感性負(fù)載來說是不受歡迎的。

在這里我們設(shè)計(jì)了一個簡單的正弦波逆變器電路，它使用單個 IC CD4047 和一些分立元件產(chǎn)生 50Hz 的準(zhǔn)正弦波輸出，這使其成為一種非常具有成本效益的解決方案。

所需零件：

零件清單

正弦波逆變器電路圖

下面給出了使用 IC 4047 DIY 的正弦波逆變器電路。

正弦波逆變器原理圖

它包括一個 CD4047 多諧振蕩器 (IC1)、MOSFET、IRF250 MOSFET(T1 至 T8)、晶體管和一些分立元件。

IC CD4047 具有用于非穩(wěn)態(tài)和雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的內(nèi)置設(shè)施。逆變器應(yīng)用需要兩個 180 度異相的輸出。因此，IC1 通過接線在引腳 10 和 11 產(chǎn)生兩個方波輸出信號，頻率為 50Hz，占空比為 50%，相移為 180 度。振蕩頻率由外部預(yù)置VR1和電容C1決定。

這兩個信號交替驅(qū)動兩個 MOSFET 組(bank-1 和 bank-2)。當(dāng) IC1 的引腳 10 為高電平且引腳 11 為低電平時，bank-1 的 MOSFET(T1 至 T4)導(dǎo)通，而 bank-2 的 MOSFET(T5 至 T8)保持非導(dǎo)通狀態(tài)。

因此，大擺動電流流過逆變器變壓器 X1 初級繞組的前半部分，并在次級繞組上產(chǎn)生 230V 交流電。

在接下來的半個周期內(nèi)，IC1 的 10 腳電壓變低，而 11 腳電壓變高。因此，bank-2 的 MOSFET 導(dǎo)通，而 bank-1 的 MOSFET 保持不導(dǎo)通。因此，電流流過初級繞組的另一半，次級繞組產(chǎn)生 230V 交流電。

這樣在次級繞組上獲得交流輸出電壓。

正弦波輸出是通過逆變變壓器的次級繞組與電容器 C5 至 C7 并聯(lián)形成儲能電路獲得的。如果未產(chǎn)生適當(dāng)?shù)恼也ǎ瑒t將兩個 2.2μF 電容器連接到相對于地的兩個組中 MOSFET 的柵極。

儲能電路的固有頻率調(diào)整為 50 Hz。由于方波信號的占空比為 50%，空載時的電流消耗僅為 500 mA。隨著負(fù)載增加，電流消耗增加。

通過使用齊納二極管 ZD1 和電阻器 R4 以及外部電池，IC1 的電源電壓被限制在 5.1 伏。

低電量指示電路

低電量指示電路由三極管T9、預(yù)置VR2、穩(wěn)壓二極管ZD2、電阻R5、R6、R7、LED2、電容C2組成。來自 BATT.1 的 12V 電源電壓被施加到低電量指示電路，滿載(不超過 1000 瓦)連接到逆變器輸出。

低電量指示電路

負(fù)載兩端的電壓為 230V AC。此時，調(diào)整預(yù)設(shè) VR2，使齊納二極管 ZD2 和晶體管 T9 導(dǎo)通，將集電極電壓降至 0.7 伏，保持 LED2“關(guān)閉”。

如果電源電壓低于 10.5 伏，則負(fù)載兩端的電壓會從 230V AC 降至 210V AC。

此時齊納二極管ZD2和三極管T9不導(dǎo)通，集電極電壓升高到10.5伏左右，LED2發(fā)光，表示電池電壓低。

同時，壓電蜂鳴器 PZ1 會發(fā)出指示電池電量低的音頻提示音。

低電量切斷電路

如果電池反復(fù)放電至零伏，電池壽命會縮短。低電量截止電路由三極管T10、預(yù)置VR3、穩(wěn)壓二極管ZD4、電阻R8和R9、電容C3、二極管D1組成。

低電量切斷電路

調(diào)整預(yù)置VR3，使負(fù)載兩端電壓高于200伏時，齊納二極管ZD4和晶體管T10導(dǎo)通。在這種情況下，T10 的集電極電壓約為 0.7 伏，因此 SCR (SCR1) 將不導(dǎo)通。

但如果負(fù)載兩端的電壓低于 200 伏，齊納二極管 ZD4 和晶體管 T10 將不導(dǎo)通，T10 的集電極電壓將增加，導(dǎo)致 SCR 導(dǎo)通。

一旦 SCR 導(dǎo)通，IC1 (CD4047) 的電源電壓將為 0.7 伏，因此 IC1 將無法在輸出引腳 10 和 11 產(chǎn)生電壓脈沖，逆變器將自動關(guān)閉。在此狀態(tài)期間，SCR 保持導(dǎo)通。

燈管、風(fēng)扇等的負(fù)載電壓可以設(shè)置逆變器的低電平截止電壓為170伏，這樣燈管和風(fēng)扇只有在電壓低于170伏時才會關(guān)閉。

空載切斷電路

如果沒有負(fù)載連接到逆變器的輸出端，則輸出電壓為 270 至 290 伏。該電壓由逆變變壓器 X1 次級繞組的 0-12V 抽頭檢測，該變壓器連接到由齊納二極管 ZD5、晶體管 T11、預(yù)置 VR4、電阻器 R12 和 R11 以及電容器 C4 組成的空載截止電路.

空載切斷電路

空載時，12V抽頭處的電壓也會升高。該電壓由包括二極管 D3 到 D6 的全波橋式整流器整流，由電容器 C4 濾波并提供給晶體管 T11。

調(diào)整預(yù)設(shè) VR4，這樣如果逆變器電壓超過 250 伏，齊納二極管 ZD5 和晶體管 T11 導(dǎo)通。這會增加發(fā)射極電壓，因此 SCR 會觸發(fā)以“關(guān)閉”逆變器。當(dāng)連接合適的負(fù)載時，逆變器將自動打開。

正弦波逆變器 PCB 設(shè)計(jì)

用于純正弦波逆變器電路的實(shí)際尺寸單面 PCB 如下所示。

正弦波逆變電路的PCB

PCB 上提供了一個合適的連接器 CON1，用于從外部連接 MOSFET 組和變壓器。連接器 CON1 的引腳 A 到 F 也標(biāo)在原理圖上。

在 PCB 上組裝電路，因?yàn)樗梢怨?jié)省時間并最大限度地減少組裝錯誤。仔細(xì)組裝組件并仔細(xì)檢查是否有任何被忽視的錯誤。MOSFET 應(yīng)安裝在散熱器上方，使用云母墊片作為它們之間的絕緣體。

正弦波逆變器 PCB 布局

將 24V 電源端子直接連接到逆變變壓器初級繞組的中心抽頭，它承載的最大電流超過 50 安培，功率為 1000 瓦。

電流取決于施加的負(fù)載。無需在大電流路徑中添加開關(guān)來使逆變器開啟和關(guān)閉。逆變器可以通過低電流開關(guān)S1 來開啟和關(guān)閉。

關(guān)于作者：RV Dhekale 博士：他是 Kisan Veer Mahavidyalaya, Wai, District Satara, Maharashtra 的副教授兼物理系主任。

審核編輯：湯梓紅