El inversor presentado aquí (ver imagen) se compone principalmente de un tubo de efecto de campo MOS y un transformador de potencia ordinario. Su potencia de salida depende de la potencia del transistor de efecto de campo MOS y del transformador de potencia, lo que elimina la necesidad de un engorroso devanado del transformador y es adecuado para su uso en la producción de aficionados por parte de entusiastas de la electrónica. A continuación se presenta el principio de funcionamiento y el proceso de producción del inversor. Diagrama de circuito
Principio de funcionamiento Aquí presentaremos en detalle el principio de funcionamiento de este inversor. ?
Generador de señal de onda cuadrada (ver Figura 3)
Aquí se utilizan seis inversores CD4069 para formar un generador de señal de onda cuadrada. R1 en el circuito es una resistencia de compensación, que se utiliza para mejorar la inestabilidad de la frecuencia de oscilación causada por cambios en el voltaje de la fuente de alimentación. La oscilación del circuito se completa cargando y descargando el condensador C1. Su frecuencia de oscilación es f=1/2.2RC. La frecuencia máxima del circuito que se muestra en la figura es: fmax=1/2,2×3,3×103×2,2×10-6=62,6Hz la frecuencia mínima fmin=1/2,2×4,3×103×2,2×10-6=; 48,0 Hz. Los valores reales variarán ligeramente debido a las tolerancias de los componentes. Para otros inversores redundantes, el extremo de entrada debe estar conectado a tierra para evitar afectar otros circuitos.
Circuito de accionamiento FET Aquí, se utilizan seis inversores CD4069 para formar un generador de señal de onda cuadrada. R1 en el circuito es una resistencia de compensación, que se utiliza para mejorar la inestabilidad de la frecuencia de oscilación causada por cambios en el voltaje de la fuente de alimentación. La oscilación del circuito se completa cargando y descargando el condensador C1. Su frecuencia de oscilación es f=1/2.2RC. La frecuencia máxima del circuito que se muestra en la figura es: fmax=1/2,2×3,3×103×2,2×10-6=62,6Hz la frecuencia mínima fmin=1/2,2×4,3×103×2,2×10-6=; 48,0 Hz. Los valores reales variarán ligeramente debido a las tolerancias de los componentes. Para otros inversores redundantes, el extremo de entrada debe estar conectado a tierra para evitar afectar otros circuitos.
Circuito impulsor del transistor de efecto de campo
Dado que la amplitud máxima de la salida de voltaje de la señal de oscilación del generador de señal de onda cuadrada es de 0 ~ 5 V, para accionar completamente el circuito del interruptor de alimentación, TR1 y TR2 se utilizan aquí para amplificar el voltaje de la señal de oscilación a 0~12V. Como se muestra en la Figura 4.
Circuito de conmutación de potencia del tubo de efecto de campo MOS. ?
Este es el núcleo del dispositivo. Antes de presentar el principio de funcionamiento de esta parte, expliquemos brevemente el principio de funcionamiento del transistor de efecto de campo MOS.
Figura 5 ¿MOS? ¿Transistor de efecto de campo? Generalmente tiene dos tipos: tipo de agotamiento y tipo mejorado. Este artículo utiliza un transistor de efecto de campo MOS mejorado y su estructura interna se muestra en la Figura 5. Se puede dividir en tipo NPN y tipo PNP. El tipo NPN generalmente se denomina tipo de canal N y el tipo PNP también se denomina tipo de canal P. Como se puede ver en la figura, para un transistor de efecto de campo de canal N, la fuente y el drenaje están conectados al semiconductor tipo N, y para un transistor de efecto de campo de canal P, la fuente y el drenaje están conectados al semiconductor tipo N. tipo semiconductor. Sabemos que generalmente la corriente de salida de un triodo está controlada por la corriente de entrada. Pero para un transistor de efecto de campo, su corriente de salida está controlada por el voltaje de entrada (o campo eléctrico). Se puede considerar que la corriente de entrada es mínima o nula, lo que hace que el dispositivo tenga una alta impedancia de entrada. tiempo, esto es lo que llamamos La razón del tubo de efecto de campo.
Figura 6
Para explicar el principio de funcionamiento del transistor de efecto de campo MOS, primero entendemos el proceso de funcionamiento de un diodo que contiene solo una unión PN. Como se muestra en la Figura 6, sabemos que cuando se aplica un voltaje directo al diodo (el terminal P está conectado al electrodo positivo y el terminal N está conectado al electrodo negativo), el diodo conduce y la corriente fluye a través de su unión PN. . Esto se debe a que cuando el terminal semiconductor tipo P tiene un voltaje positivo, los electrones negativos en el semiconductor tipo N son atraídos y corren hacia el terminal semiconductor tipo P con un voltaje positivo, mientras que los positrones en el terminal semiconductor tipo P se mueve hacia el terminal semiconductor tipo N, formando así una corriente conductora. De la misma manera, cuando se aplica un voltaje inverso al diodo (el terminal P está conectado al electrodo negativo y el terminal N está conectado al electrodo positivo), entonces hay un voltaje negativo en el terminal semiconductor tipo P, Los positrones se acumulan en el terminal del semiconductor tipo P y los electrones negativos se acumulan en el extremo del semiconductor tipo N, los electrones no se mueven, no pasa corriente a través de su unión PN y el diodo se corta.
Figura 7a?Figura 7b
Para un transistor de efecto de campo (ver Figura 7), cuando no hay voltaje en la puerta, se puede ver en el análisis anterior que hay No hay voltaje entre la fuente y el drenaje. Habrá corriente fluyendo y en este momento el transistor de efecto de campo está en el estado de corte (Figura 7a). Cuando se aplica un voltaje positivo a la puerta de un transistor de efecto de campo MOS de canal N, debido a la acción del campo eléctrico, los electrones negativos en la fuente y el drenaje del semiconductor tipo N son atraídos y fluyen hacia la puerta. Pero debido a la barrera de la película de óxido, los electrones se acumulan en el semiconductor tipo P entre los dos canales N (ver Figura 7b), formando así una corriente y conduciendo una conducción entre la fuente y el drenaje. También podemos imaginar que hay una zanja entre dos semiconductores de tipo N. El establecimiento del voltaje de la puerta equivale a construir un puente entre ellos. El tamaño del puente está determinado por el voltaje de la puerta. La Figura 8 muestra el proceso de funcionamiento de un transistor de efecto de campo MOS de canal P. Su principio de funcionamiento es similar y no se repetirá aquí.
Figura 8 La siguiente es una breve descripción del proceso de trabajo del circuito de aplicación compuesto por un transistor de efecto de campo C-MOS (transistor de efecto de campo MOS mejorado) (ver Figura 9). El circuito combina un transistor de efecto de campo MOS de canal P mejorado y un transistor de efecto de campo MOS de canal N mejorado. Cuando el terminal de entrada tiene un nivel bajo, el transistor de efecto de campo MOS del canal P se enciende y el terminal de salida se conecta al electrodo positivo de la fuente de alimentación. Cuando el terminal de entrada tiene un nivel alto, el transistor de efecto de campo MOS de canal N se enciende y el terminal de salida se conecta a tierra. En este circuito, el transistor de efecto de campo MOS de canal P y el transistor de efecto de campo MOS de canal N siempre funcionan en estados opuestos, y sus terminales de entrada y salida de fase son opuestos. A través de esta forma de trabajar podemos obtener una mayor producción de corriente. Al mismo tiempo, debido a la influencia de la corriente de fuga, el transistor de efecto de campo MOS se apaga cuando el voltaje de la puerta aún no ha alcanzado 0 V. Generalmente, cuando el voltaje de la puerta es inferior a 1 a 2 V, el transistor de efecto de campo MOS se enciende. apagado. Los diferentes transistores de efecto de campo tienen voltajes de apagado ligeramente diferentes. Es precisamente por esto que el circuito no provocará un cortocircuito de alimentación debido a que los dos tubos se enciendan al mismo tiempo.
Con base en el análisis anterior, podemos dibujar el proceso de funcionamiento de la parte del circuito del transistor de efecto de campo MOS en el diagrama esquemático (ver Figura 10). El principio de funcionamiento es el mismo que se mencionó anteriormente. Cuando esta señal alterna de 50 Hz, alta corriente y bajo voltaje pasa a través del devanado de bajo voltaje del transformador, inducirá un voltaje CA de alto voltaje en el lado de alto voltaje del transformador, completando la conversión de CC a CA. . Cabe señalar aquí que en algunos casos, como cuando la parte de oscilación deja de funcionar, a veces pasará una gran corriente a través del lado de bajo voltaje del transformador, por lo que el fusible de este circuito no se puede omitir ni cortocircuitar.
Puntos destacados La placa de circuito se muestra en la Figura 11. Los componentes utilizados se pueden ver en la Figura 12. El transformador utilizado en el inversor adopta un transformador de potencia terminado con un voltaje secundario de 12 V, una corriente de 10 A y un voltaje primario de 220 V. La corriente de drenaje máxima del transistor de efecto de campo MOS de canal P (2SJ471) es 30 A. Cuando el transistor de efecto de campo está encendido, la resistencia de la fuente de drenaje es de 25 miliohmios. En este momento, si pasa una corriente de 10A, habrá un consumo de energía de 2,5W. La corriente de drenaje máxima del transistor de efecto de campo MOS de canal N (2SK2956) es 50 A. Cuando el transistor de efecto de campo está encendido, la resistencia entre el drenaje y la fuente es de 7 miliohmios. En este momento, la energía consumida al pasar 10 A. La corriente es de 0,7 W. De esto también podemos saber que bajo la misma corriente operativa, el calor generado por 2SJ471 es aproximadamente 4 veces mayor que el de 2SK2956. Por lo tanto, debes prestar atención a esto al considerar los radiadores. La Figura 13 muestra la distribución de posiciones y el método de conexión del tubo de efecto de campo inversor en el radiador (100 mm × 100 mm × 17 mm) presentado en este artículo. Aunque el transistor de efecto de campo no genera mucho calor cuando funciona en estado de conmutación, el radiador elegido aquí es un poco más grande por razones de seguridad.
¿Prueba de rendimiento del inversor? El circuito de prueba se muestra en la Figura 14. La fuente de alimentación de entrada utilizada para las pruebas aquí es una batería de automóvil de 12 V con baja resistencia interna y una gran corriente de descarga (generalmente superior a 100 A), que puede proporcionar suficiente energía de entrada para el circuito. La carga de prueba es una bombilla normal. El método de prueba consiste en cambiar el tamaño de la carga y medir la corriente de entrada, el voltaje y el voltaje de salida en este momento. Los resultados de la prueba se muestran en el diagrama de relación de la curva de voltaje y corriente (Figura 15a). Se puede ver que el voltaje de salida disminuye a medida que aumenta la carga y el consumo de energía de la bombilla cambia a medida que cambia el voltaje. También podemos descubrir la relación entre el voltaje de salida y la potencia mediante el cálculo. Pero, de hecho, dado que la resistencia de la bombilla cambia con el voltaje aplicado a ambos extremos, y el voltaje y la corriente de salida no son sinusoidales, este cálculo solo puede considerarse como una estimación. Tomemos como ejemplo una bombilla con una carga de 60 W: supongamos que la resistencia de la bombilla no cambia cuando cambia el voltaje.
Debido a que la lámpara R = V2/W = 2102/60 = 735 Ω, cuando el voltaje es de 208 V, W = V2/R = 2082/735 = 58,9 W. A partir de esto, se puede calcular la relación entre voltaje y potencia. A través de las pruebas, descubrimos que cuando la potencia de salida es de aproximadamente 100 W, la corriente de entrada es de 10 A. En este momento el voltaje de salida es de 200V.