使用非稳态多谐振荡器的12VDC至220VAC转换器电路

在无法从电源获得交流电源的地方通常需要逆变器。逆变器电路用于将直流电源转换为交流电源。逆变器可以是真/纯正弦波逆变器和准或改进逆变器两种类型。这些真/纯正弦波逆变器价格昂贵，而改装或准逆变器则价格低廉。

这些改进的逆变器产生方波，这些不用于为精密的电子设备供电。本文构建了一个简单的电压驱动逆变电路，使用功率晶体管作为开关器件，将12VDC信号转换为单相220VAC。

该电路背后的原理

每个逆变器电路背后的基本思想是使用给定的直流产生振荡，并通过放大电流将这些振荡施加到变压器的初级端。然后，该初级电压根据初级线圈和次级线圈的匝数升压至更高的电压。

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使用晶体管的逆变电路

12VDC至220VAC转换器也可以使用简单的晶体管进行设计。它可用于为高达35W的灯供电，但可以通过添加更多MOSFET来驱动更强大的负载。

本电路中实现的逆变器是方波逆变器，可与不需要纯正弦波交流电的设备配合使用。

电路图

所需组件

12v电池

场效应管IRF630-2

2N2222晶体管

2.2UF电容器-2

电阻器

680欧姆-2

12K-2

12V-220V中心抽头升压变压器。

加工

电路可分为振荡器、放大器和变压器三部分。由于交流电源的频率为50Hz，因此需要一个50Hz振荡器。

这可以通过构建一个非稳态多谐振荡器来实现，该多谐振荡器产生50Hz的方波。在电路中，R1、R2、R3、R4、C1、C2、T2和T3构成振荡器。

每个晶体管产生反相方波。R1、R2和C1的值（R4、R3和C2相同）将决定频率。非稳态多谐振荡器产生的方波频率的公式为

F=1/（1.38R2C1）

来自振荡器的反相信号由功率MOSFETT1和T4放大。这些放大的信号被提供给升压变压器，其中心抽头连接到12VDC。

变压器的匝数比必须为1：19才能将12V转换为220V。变压器将两个反相信号组合在一起，产生220V交流方波输出。

通过使用24V电池，可以为高达85W的负载供电，但设计效率低下。为了增加逆变器的容量，必须增加MOSFET的数量。

使用非稳态多谐振荡器的12VDC至220VAC转换器电路

逆变电路既可以使用晶闸管作为开关器件，也可以使用晶体管。通常，对于中低功率应用，使用功率晶体管。使用功率晶体管的原因是它们具有非常低的输出阻抗，允许最大电流在输出端流动。

晶体管的重要应用之一是开关。对于此应用，晶体管在饱和和截止区域存在偏置。

当晶体管在饱和区域偏置时，集电极发射极和集电极基极结均正向偏置。这里集电极发射极电压最小，集电极电流最大。

该电路的另一个重要方面是振荡器。555定时器IC的一个重要用途是用作非稳态多谐振荡器。

非稳态多谐振荡器产生在两种状态之间切换的输出信号，因此可用作振荡器。振荡频率由电容器和电阻器的值决定。

电路图

12vDC到220vAC转换器电路图

电路元件

V1=12V

R1=10K

R2=150K

R3=10欧姆

R4=10欧姆

Q1=TIP41

Q2=TIP42

D1=D2=1N4007

C3=2200uF

T1=12V/220V升压变压器

电路设计说明

振荡器设计：非稳态多谐振荡器可用作振荡器。这里设计了一个使用555定时器的非稳态多谐振荡器。我们知道，555定时器在非稳定模式下的振荡频率由下式给出：

f=1.44/（R1+2*R2）*C

其中R1是放电引脚和Vcc之间的电阻，R2是放电引脚和阈值引脚之间的电阻，C是阈值引脚和地之间的电容。输出信号的占空比也由下式给出：

D=（R1+R2）/（R1+2*R2）

由于我们的要求是f=50Hz和D=50%，并且假设C为0.1uF，我们可以计算R1和R2的值分别为10K和140K欧姆。在这里，我们更喜欢使用150K电位计来微调输出信号。

此外，在控制引脚和地之间还使用了0.01uF的陶瓷电容器。

开关电路设计：我们的主要目标是开发220V的交流信号。这需要使用高功率晶体管来允许最大流量的电流流向负载。因此，我们使用最大集电极电流为41A的功率晶体管TIP6，其中基极电流由集电极电流除以直流电流增益给出。这给出了大约0.4A*10的偏置电流，即4A。但是，由于该电流大于晶体管的最大基极电流，因此我们更喜欢小于最大基极电流的值。假设偏置电流为1A。偏置电阻由下式给出

Rb=(Vcc–VBE(ON))/Ibias

对于每个晶体管，VBE(ON)大约是2V。因此Rb每个计算为10欧姆。由于二极管用于偏置，二极管两端的正向压降应等于晶体管两端的正向压降。因此，使用二极管1N4007。

PNP和NPN晶体管的设计考虑因素是相同的。我们正在使用PNP功率晶体管TIP42。

输出负载设计：由于开关电路的输出是脉宽调制输出，因此可能包含基波交流频率以外的谐波频率。因此，需要使用电解质电容器，仅允许基频通过它。这里我们使用2200uF的电解质电容器，其大小足以滤除谐波。由于需要获得220V输出，因此最好使用升压变压器。这里使用12V/220V升压变压器。

12VDC至220VAC转换器电路操作

当本设备使用12V电池供电时，以非稳定模式连接的555定时器产生50Hz频率的方波信号。

当输出处于逻辑高电平时，二极管D2将导通，电流将通过二极管D1、R3到达晶体管Q1的基极。

因此，晶体管Q1将被接通。当输出处于逻辑低电平时，二极管D1将导通，电流将通过D1和R4流向Q2的基极，使其导通。

这允许在变压器的初级上以交替的间隔产生直流电压。电容器确保信号频率处于所需的基频。

然后，变压器初级端的12V交流信号升压至变压器次级端的220V交流信号。

12vDC至220vAC转换器电路的应用

1.该电路可用于汽车和其他车辆为小型电池充电。

2.该电路可用于驱动低功率交流电机

3.它可用于太阳能发电系统。

局限性

1.由于使用555定时器，输出可能会在所需的50%占空比附近略有变化，即很难实现精确的50%占空比信号。

2.晶体管的使用会降低电路的效率。

3.使用开关晶体管可能会导致输出信号交叉失真。然而，通过使用偏置二极管，这一限制在一定程度上得到了减少。

注意

代替555定时器，可以使用任何非稳定的多谐振荡器。例如，该电路也可以使用4047非稳态多谐振荡器构建，其输出电流被放大并施加到变压器上。