12V到230V電源逆變器

在野外，汽車(chē)中途故障修理，鄉下野餐和娛樂(lè )活動(dòng)，以及目前有地區的拉閘限電，沒(méi)有市電供電，人們會(huì )感受到十分不便。在有些情況下，只能拉長(cháng)電纜線(xiàn)把市電引向遠方，但存在危險，或者不可能，或者不實(shí)際。在這些場(chǎng)合需要的是要有一只電源逆變器，能將12V汽車(chē)電池轉變?yōu)?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/230V">230V的交流市電。

便攜式市電的簡(jiǎn)單想法最早由Aixcom公司一名學(xué)員提出的，一般它包括高技術(shù)功率逆變器和特殊的大電流電源。這位叫Dirk的學(xué)員經(jīng)過(guò)很長(cháng)時(shí)間試驗，制作了一部電源逆變器用于模型飛機俱樂(lè )部。在他熱情的試制過(guò)程中，遇到需要一只特殊集成電路的問(wèn)題，這電路就是該項目的核心。當他最終得到這只捉摸不定的芯片時(shí)，價(jià)格驚人，在接通后整個(gè)電路產(chǎn)生很強的啪啦噪聲，損壞了許多元件。

公司經(jīng)過(guò)改進(jìn)設計，其結果如下：電源逆變器不僅能為幾乎所有的Aixcom學(xué)員成功地仿制，而且為圣誕節及其它紀念日提供了禮品，在野外活動(dòng)中，有足夠的供電而且持續時(shí)間不短，還發(fā)出強烈的音樂(lè )氣勢。Dirk在他的模型航空俱樂(lè )部里還開(kāi)發(fā)和制作了1千瓦的增強型逆變器，盡管在不良條件下，它還良好地工作了一年以上。

簡(jiǎn)化的考慮

似乎有疑義的是，在制作逆變器的道路上，本電路的方法最簡(jiǎn)單。在設計方面，省略可以去掉的任何電路，剩下就是100%的骨干電路。例如，沒(méi)有電壓穩壓部分，電池電壓的降低也引起交流輸出電壓的降低。然而因為大多數用市電供電設備可連續地較好地工作在交流電壓變化在±10%～15%范圍內，可移動(dòng)的逆變器也應如此。Aixcom公司舍棄性能的完善設計，而著(zhù)重簡(jiǎn)化設備，降低元件成本和確保使用中的可靠性。盡管如此，仍有230V交流輸出的短路和低壓保護，在電池電壓降低到不再啟動(dòng)汽車(chē)的電平之前切斷逆變器。這足夠簡(jiǎn)單的電路，使初學(xué)者成功地仿制，也提供實(shí)用的230VAC電源。

脈沖寬度調制

本電路的核心部分是SG3526低價(jià)開(kāi)關(guān)型調壓器，它由幾家廠(chǎng)商供應，元件標號為XX3526，XX是由廠(chǎng)家標定的字母組合。3526支持所有知名的開(kāi)關(guān)型PSU(Power Supply Unit)電源設備。

電源逆變器的基本工作原理示于圖1。SG3526交替地轉換通過(guò)電源變壓器12V繞組的電流方向，兩繞組中心端子連在一起接向電池正極(+12)。在每次開(kāi)關(guān)動(dòng)作下，改變一次電流方向，從而改變變壓器鐵芯的磁場(chǎng)方向。結果就在變壓器230V一邊產(chǎn)生方波(近似)交流電壓。

實(shí)際中，開(kāi)關(guān)是用兩只FET管互補推挽電路構成的。FET管的源極通過(guò)很小電阻接地(見(jiàn)圖3)。

SG3526的內部結構見(jiàn)圖2。輸入電壓+Vin可在7～35V之間，用于建立5V的參考電壓VREF。在輸入電壓低于7V時(shí)，電壓保護就切斷驅動(dòng)器。驅動(dòng)器通過(guò)+VC連線(xiàn)分別供電。由電阻RT和電容CT(見(jiàn)圖3)決定頻率，在此情況下頻率為50Hz。RD上的電阻在驅動(dòng)器輸出A和輸出B之間引起一個(gè)固定靜態(tài)時(shí)間。這樣做是為了消除當開(kāi)關(guān)轉換時(shí)兩個(gè)驅動(dòng)器(因為是兩只功率FET)同時(shí)導通所產(chǎn)生的危險。

CSOFTSTART腳(CSS、④腳)上的電容在電源電壓開(kāi)關(guān)接通或復位之后容許輸出的脈沖占空(on/off)比緩慢上升至48%。“Amp”電壓調節器在本制作中不使用，在另外一種情況，參考電壓作為控制量時(shí)，它起著(zhù)阻抗轉換作用。這就保證在啟動(dòng)之后輸出供給全占空比。

在+CS和-CS之間電壓(換言之，R8上的壓降)超過(guò)100mV，用分流電阻R8構成的限流器就觸發(fā)了斷路程序。然而把它接地，也可以采用外部斷路控制。因為在這電路里斷路和復位腳(相應為腳⑧和⑤)是連在一起的，在過(guò)載或外部斷開(kāi)后，用軟起動(dòng)再次啟動(dòng)調制器。

幾種設計意見(jiàn)

本制作的變壓器用的是環(huán)形的，有一個(gè)230V的初級繞組、兩個(gè)12V的次級繞組。在用110V、117V或127V市電電壓的國家的讀者當然要選配一只200W的變壓器。若你很幸運，從廢物箱中找到一只老式環(huán)形變壓器，改成兩只12V繞組并不困難。簡(jiǎn)單地，圍著(zhù)鐵芯用絞合線(xiàn)繞10匝，再把初級連接到市電。測量跨在新繞繞組兩端的電壓，然后計算得到12V需要繞多少匝。輸出功率200W，平均電流大約為10A，這樣絞合線(xiàn)的橫截面(c.s.a.)應選用1.5mm2或更大些。

重要的是兩只12V繞組的匝數要精確的相同。如果相差一匝，那么變壓器鐵芯就會(huì )飽和，在連接有12V電池時(shí)，引起調節器“徘徊”在斷路狀態(tài)。繞組的方向也同樣重要。在變壓器安裝前，把兩個(gè)12V繞組端子串聯(lián)起來(lái)，初級加上230VAC。測量跨接在次級的自由端的電壓應是24V。

在電路中所用的FET應能處理55V電壓、72A的電流，并且用12MΩ的RD-S( ON)來(lái)標示。當然，也可用另外型號的FET，確保它們能處理至少40V、40A，有RD-S( ON)不超過(guò)50MΩ。通常，功率FET也可以并聯(lián)，但要保證每一管有它自己的柵極電阻。如果你想要逆變器輸出功率大于200W，那么可用并聯(lián)結構。在此種情況中，可適配一個(gè)限流器，用小的分流電阻R8，或修改R16-R17分壓器數值就可以做到。

用大功率的逆變器給普通燈泡和鹵燈泡(強力照燈)供電，會(huì )產(chǎn)生麻煩。兩種燈泡都呈現很低的“冷”電阻，引起逆變器輸出電壓的降低，甚至驅使斷路不工作。結果鎖定在不足的電壓去加熱燈絲到它的正常溫度。幸運的是，這里介紹的200W逆變器應能供給高達150W的燈泡。應注意，電容C6可以增加容量，但沒(méi)有限定范圍，因為電路抗拒短路的能力是足夠的。用C5也可能顯著(zhù)地增加軟起時(shí)間，或者完全不用它。那可能是最安全的解決辦法。

比較器IC1監測電池電壓和環(huán)境溫度，將測量結果與從3526來(lái)的5V參考電壓相比較。存在誤差的情況，兩個(gè)開(kāi)路集電極輸出下拉斷路控制輸入(⑧腳)到地電位。用PTC電阻去確定關(guān)斷溫度。根據電路的精確類(lèi)型，R6大小要做略微變更。早期A(yíng)ixcom公司逆變器樣機采用D901-D60-A40(斷路溫度為60°C)。也可用60°C到80 °C的溫度開(kāi)關(guān)，或者90°C的溫度熔斷絲。雖然后者很便宜，但熔斷時(shí)需要代換。

若采用足夠大的散熱器，用簡(jiǎn)單的線(xiàn)連接就可以，而不用PTC電阻。電壓監測器在大約12V關(guān)斷，改變R1和R5也可以適應在另外電平。在比較器中，R2和R4決定延時(shí)的大小，這延時(shí)為防止電源逆變器在出現故障時(shí)自動(dòng)接通。在開(kāi)關(guān)接通后，參考電壓緩慢地上升，其速度取決于C2充電時(shí)間，因而監測器經(jīng)過(guò)幾秒鐘后才被激發(fā)。

汽車(chē)電池能供給危險的大電流。防止逆變器著(zhù)火燃燒，必須用25A到35A的汽車(chē)熔斷絲加以保護。230VAC輸出電壓，即使由電池產(chǎn)生的，也是很危險的。

結構

印刷電路板設計表示在圖4。選用單面印板，盡管其有很大的接地面積和寬的銅箔條，但要流過(guò)變壓器的大電流，必須用搪錫方法加厚。建議從安裝AMP(fast-on)插頭(片型端頭)開(kāi)始，因為它們需要很大力氣才能插入電路板。不要忘記分流電阻的連線(xiàn) 。R8應安裝印板表面，略微向上點(diǎn)，以有助于盡可能保持冷卻。R8也可用5W的電阻代替。要保證所有極性元器件(晶體管、電解電容，二極管和集成電路)的正確安裝。晶體管裝在散熱器上，必須采用絕緣墊片。

加電調試

在進(jìn)行本項制作中只需要一塊萬(wàn)用表。先從不連接變壓器的逆變器開(kāi)始。把它連向試驗臺上的電源，調試兩個(gè)保護電路：調節輸入電壓調試電壓保護電路，借助電烙鐵調試溫度保護電路，視需要，還要用電位器及其它工具等。在任何情況下，輸出轉接到地，及在比較器正輸入端的電壓降到低于負輸入端的電壓之下時(shí)，LED點(diǎn)亮。如果保護電路呈現工作狀態(tài)，就測量?jì)蓚€(gè)柵極上的信號。如果有誤差出現，兩柵極讀數為0V。在沒(méi)有誤差時(shí)，示波器顯示兩個(gè)脈寬為10ms清晰的矩形波信號。用萬(wàn)用表做相同的測量，讀數為電源電壓的一半。

至此調試正確，才可能接上環(huán)形變壓器。這時(shí)，了解IC1從它的插座上移出發(fā)生什么，由于在這種情況，只能由限流器觸發(fā)斷路功能。如果一只普通100W燈泡在幾秒鐘內不點(diǎn)亮，可測量斷路控制(3526的腳8或D2陽(yáng)極)上的電壓。如果測得小于5V，限流器和軟起動(dòng)時(shí)間就不正常。

一旦燈泡點(diǎn)亮，就小心地檢查逆變器是否短路。如果能用示波器，測量FET電流(跨在R8兩端電壓)，用R16去增加電流限制點(diǎn)，在所容許的漏極電流之下提高20%。這當然是在230VAC輸出短路做出的。

通常，在不接負載的情況，變壓器所產(chǎn)生的噪聲大于正常工作所期望的大小。這是因為矩形波強烈地和快速地轉換著(zhù)磁場(chǎng)。在無(wú)負載條件下，鐵芯飽和是由變壓器發(fā)出的雜亂響聲所表明。用示波器測量，電流不是依據鋸齒波形向上升，而是出現尖峰(上沖)。在這種情況變壓器12V繞組恰需要不多的匝數。如果有問(wèn)題，用另外的方法，就是選取較低R11值，提高一點(diǎn)振蕩頻率。最終頻率可取為55Hz，對于大多數負載這不成問(wèn)題，但是這電路不適合給鬧鐘供電。

實(shí)際結果

由于簡(jiǎn)化和成本的原因省略了電壓調節環(huán)節，輸出電壓決定于輸入電壓。作者樣機輸出電壓被150W的鹵燈所負載，表1所示，為輸出電壓與電池電壓的關(guān)系。輸出電壓還取決于變壓器繞組和輸出電流。如果想在13VDC輸入有230VAC額定輸出電壓，應選用兩只11V繞組的變壓器。樣機所測得的最大效率為94%，本電路是由Dirk-proof設計的。

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