设计一个简单的正弦波逆变器电路

变器在电源发生故障时为基于电源的设备提供备用电源。市面上的逆变器大多电路设计复杂，经济性不高。其中一些会产生方波输出，这对于感性负载来说是不受欢迎的。

在这里我们设计了一个简单的正弦波逆变器电路，它使用单个 IC CD4047 和一些分立元件产生 50Hz 的准正弦波输出，这使其成为一种非常具有成本效益的解决方案。

所需零件：

零件清单

正弦波逆变器电路图

下面给出了使用 IC 4047 DIY 的正弦波逆变器电路。

正弦波逆变器原理图

它包括一个 CD4047 多谐振荡器 (IC1)、MOSFET、IRF250 MOSFET(T1 至 T8)、晶体管和一些分立元件。

IC CD4047 具有用于非稳态和双稳态多谐振荡器的内置设施。逆变器应用需要两个 180 度异相的输出。因此，IC1 通过接线在引脚 10 和 11 产生两个方波输出信号，频率为 50Hz，占空比为 50%，相移为 180 度。振荡频率由外部预置VR1和电容C1决定。

这两个信号交替驱动两个 MOSFET 组(bank-1 和 bank-2)。当 IC1 的引脚 10 为高电平且引脚 11 为低电平时，bank-1 的 MOSFET(T1 至 T4)导通，而 bank-2 的 MOSFET(T5 至 T8)保持非导通状态。

因此，大摆动电流流过逆变器变压器 X1 初级绕组的前半部分，并在次级绕组上产生 230V 交流电。

在接下来的半个周期内，IC1 的 10 脚电压变低，而 11 脚电压变高。因此，bank-2 的 MOSFET 导通，而 bank-1 的 MOSFET 保持不导通。因此，电流流过初级绕组的另一半，次级绕组产生 230V 交流电。

这样在次级绕组上获得交流输出电压。

正弦波输出是通过逆变变压器的次级绕组与电容器 C5 至 C7 并联形成储能电路获得的。如果未产生适当的正弦波，则将两个 2.2µF 电容器连接到相对于地的两个组中 MOSFET 的栅极。

储能电路的固有频率调整为 50 Hz。由于方波信号的占空比为 50%，空载时的电流消耗仅为 500 mA。随着负载增加，电流消耗增加。

通过使用齐纳二极管 ZD1 和电阻器 R4 以及外部电池，IC1 的电源电压被限制在 5.1 伏。

低电量指示电路

低电量指示电路由三极管T9、预置VR2、稳压二极管ZD2、电阻R5、R6、R7、LED2、电容C2组成。来自 BATT.1 的 12V 电源电压被施加到低电量指示电路，满载(不超过 1000 瓦)连接到逆变器输出。

低电量指示电路

负载两端的电压为 230V AC。此时，调整预设 VR2，使齐纳二极管 ZD2 和晶体管 T9 导通，将集电极电压降至 0.7 伏，保持 LED2“关闭”。

如果电源电压低于 10.5 伏，则负载两端的电压会从 230V AC 降至 210V AC。

此时齐纳二极管ZD2和三极管T9不导通，集电极电压升高到10.5伏左右，LED2发光，表示电池电压低。

同时，压电蜂鸣器 PZ1 会发出指示电池电量低的音频提示音。

低电量切断电路

如果电池反复放电至零伏，电池寿命会缩短。低电量截止电路由三极管T10、预置VR3、稳压二极管ZD4、电阻R8和R9、电容C3、二极管D1组成。

低电量切断电路

调整预置VR3，使负载两端电压高于200伏时，齐纳二极管ZD4和晶体管T10导通。在这种情况下，T10 的集电极电压约为 0.7 伏，因此 SCR (SCR1) 将不导通。

但如果负载两端的电压低于 200 伏，齐纳二极管 ZD4 和晶体管 T10 将不导通，T10 的集电极电压将增加，导致 SCR 导通。

一旦 SCR 导通，IC1 (CD4047) 的电源电压将为 0.7 伏，因此 IC1 将无法在输出引脚 10 和 11 产生电压脉冲，逆变器将自动关闭。在此状态期间，SCR 保持导通。

灯管、风扇等的负载电压可以设置逆变器的低电平截止电压为170伏，这样灯管和风扇只有在电压低于170伏时才会关闭。

空载切断电路

如果没有负载连接到逆变器的输出端，则输出电压为 270 至 290 伏。该电压由逆变变压器 X1 次级绕组的 0-12V 抽头检测，该变压器连接到由齐纳二极管 ZD5、晶体管 T11、预置 VR4、电阻器 R12 和 R11 以及电容器 C4 组成的空载截止电路.

空载切断电路

空载时，12V抽头处的电压也会升高。该电压由包括二极管 D3 到 D6 的全波桥式整流器整流，由电容器 C4 滤波并提供给晶体管 T11。

调整预设 VR4，这样如果逆变器电压超过 250 伏，齐纳二极管 ZD5 和晶体管 T11 导通。这会增加发射极电压，因此 SCR 会触发以“关闭”逆变器。当连接合适的负载时，逆变器将自动打开。

正弦波逆变器 PCB 设计

用于纯正弦波逆变器电路的实际尺寸单面 PCB 如下所示。

正弦波逆变电路的PCB

PCB 上提供了一个合适的连接器 CON1，用于从外部连接 MOSFET 组和变压器。连接器 CON1 的引脚 A 到 F 也标在原理图上。

在 PCB 上组装电路，因为它可以节省时间并最大限度地减少组装错误。仔细组装组件并仔细检查是否有任何被忽视的错误。MOSFET 应安装在散热器上方，使用云母垫片作为它们之间的绝缘体。

正弦波逆变器 PCB 布局

将 24V 电源端子直接连接到逆变变压器初级绕组的中心抽头，它承载的最大电流超过 50 安培，功率为 1000 瓦。

电流取决于施加的负载。无需在大电流路径中添加开关来使逆变器开启和关闭。逆变器可以通过低电流开关S1 来开启和关闭。

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

审核编辑：汤梓红