小功率逆變器的設計及實現

白英良++張琛

摘 要本文旨在探討小功率逆變器的基本理論，本文提到的PWM脈寬調制法，即在保持周期不變的條件下，通過改變脈沖波形的寬度來調節逆變器輸出電壓的大小。而SPWM法就是在PWM的基礎上，使輸出電壓的脈沖在一個特定時間間隔內，其能量等效于正弦波所包含的能量，利用SPWM法所設計的逆變器具有高可靠性、重量輕、體積小、輸出波形穩定等特點。本文目的在于設計一款簡易的小功率逆變器。文章詳細地分析了逆變器工作原理和SPWM波產生的過程及原理，實現Multisim軟件進行電路仿真和調試，并進行實物電路的設計、制作及測試。

【關鍵詞】小功率 逆變器 PWM 實物測試

1 概述

逆變器是把直流電能（電池、蓄電瓶）轉變成交流電能（一般為220V，50Hz正弦波或方波）。它由逆變橋、控制邏輯和濾波電路共同組成。廣泛適用于空調、電動工具、DVD、VCD、電腦、冰箱、洗衣機、電視、錄像機、家庭影院、風扇、普通照明等。在國外汽車的普及率較高，外出工作或外出旅游即可使用逆變器連接蓄電池帶動各類電器及各種工具運行。通過點煙器輸出的車載逆變器普遍是 20W 到 150W 的功率規格。再大一些的功率逆變電源則需要通過連接線接到電瓶上。把家用電器接到車載逆變器的輸出端就能在汽車內使用各種電器。如：手機、筆記本電腦、數碼攝像機、照像機、照明燈、數碼攝像機、照像機、車載冰箱及各種旅游、野營、醫療急救電器等。本文目的在于設計一款簡易的小功率逆變器。

2 設計原理

要設計一個小功率逆變器，需要利用MOSFET的開關原理控制電路，通過信號發生器輸出的信號控制多個MOS場效應管的開斷來控制電流的流向，使得變壓器一端交替產生方向相反的電流，變壓器另一端即可獲得交流電。

本方案通過控制端對兩個增強型N溝道場效應管的通斷進行控制，使兩個場效應管工作在不同狀態下，并通過二對一的變壓器持續的獲得方向不斷改變的電壓。當場效應管Q1處在工作狀態下時，變壓器可以得到上負下正的電壓，而當場效應管Q2處在工作狀態下時，變壓器則獲得上正下負的電壓，以此來達到獲得交流電壓的目的。

3 實驗仿真

圖2為本文所設計的小功率逆變器仿真圖。此仿真圖采用2個信號發生器XFG1和XFG2分別作為“調制波”和“載波”輸入一個比較器，從而輸出PWM波，可以等效為正弦波，以達到更好的控制兩個N溝道型MOS場效應管的目的。從比較器出來的信號一端直接與MOS管Q1相連，另一端則經過反向放大器后與MOS管Q2相連，這樣做的目的是為了使MOS管Q2與MOS管Q1相差180°相位，從而形成工作狀態互補。

其中信號發生器XFG1作為“載波”為鋸齒波，XFG2作為“調制波”為正弦波。兩波經過比較器比較調制后，可得到一系列等幅不等寬的PWM波，PWM波經過N溝道型MOS場效應管Q1后，得到如所示波形，而經過MOS管Q2后得到波形。兩波形互補，如圖7所示，證明兩個MOS管運行在互補的狀態下。

當MOS管Q1工作時，電流經過2對1變壓器上半部分，變壓器另一端得到向上的電流。 而當MOS管Q2工作時，電流則經過變壓器下半部分，變壓器另一端獲得向下的電流。變壓器輸出端持續獲得方向不斷改變的電流，為有效的220V交流電。波形如圖3所示。

仿真結果表明，通過PWM脈寬調制控制兩個MOS管的開斷，并利用2對1的變壓器可獲得有效的220V交流電，設計原理有效。

4 小功率逆變器的硬件實現

設計采用了雙12V輸入，220V輸出，功率150W的二對一高頻變壓器。

經過一系列調試測試，輸入12V直流電能，最終得到220V左右的交流電壓，實驗結果正確，基本滿足設計要求。如圖4所示。

5 總結

本文設計了一款簡易的小功率逆變器。該逆變器采用了比較常見的半橋式逆變，由PWM脈寬調制技術進行控制，輸入為12V直流電，輸出為220V交流電，該設計基本完成了論文中的各項設計要求，并通過Multisim仿真及實物實現得出正確結果。

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作者單位

北京工業大學信息學部 北京市 100124