12v DC至220v AC转换器电路

在无法从市电获得交流电源的地方，通常需要使用逆变器。逆变器电路用于将直流电转换为交流电。逆变器可分为两类 真/纯正弦波逆变器和准或改进型逆变器。这些真/纯正弦波逆变器价格昂贵，而改良或准逆变器价格便宜。

这些改进型逆变器产生的是方波，不能用于为精密电子设备供电。这里，使用功率晶体管作为开关器件，构建了一个简单的电压驱动逆变器电路，可将 12V 直流信号转换为单相 220V 交流电。

电路原理

每个逆变器电路的基本原理都是利用给定的直流电产生振荡，并通过放大电流将这些振荡施加到变压器的初级。然后，根据初级线圈和次级线圈的匝数，将初级电压升压至更高的电压。

使用晶体管的逆变器电路

使用简单的晶体管也能设计出 12 伏直流电到 220 伏交流电的转换器。它可用于为最大功率为 35W 的灯具供电，也可通过增加更多的 MOSFET 来驱动功率更大的负载。

该电路中的逆变器是方波逆变器，可用于不需要纯正弦波交流电的设备。

电路图

所需元件

12 伏电池

mosfet irf 630 -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。

工作原理

电路可分为三部分：振荡器、放大器和变压器。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可产生 50Hz 方波的 Astable 多频振荡器来实现。在电路中，R1、R2、R3、R4、C1、C2、T2 和 T3 构成振荡器。

每个晶体管都能产生反相方波。R1、R2 和 C1（R4、R3 和 C2 相同）的值将决定频率。晶振多频振荡器产生方波的频率公式为

F = 1/(1.38*R2*C1)

振荡器的反相信号由功率 MOSFETS T1 和 T4 放大。这些放大后的信号被送入升压变压器，其中心抽头连接至 12V 直流电。

变压器的匝数比必须为 1:19，才能将 12V 电压转换为 220V。变压器将两个反相信号合并，产生 220 伏交流方波输出。

通过使用 24V 电池，可为高达 85W 的负载供电，但这种设计效率较低。为了提高逆变器的容量，必须增加 MOSFET 的数量。

使用晶闸管的 12 伏直流至 220 伏交流转换器电路

逆变器电路既可以使用晶闸管作为开关器件，也可以使用晶体管。 在中低功率应用中，通常使用功率晶体管。使用功率晶体管的原因是，它们的输出阻抗非常低，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。 在这种应用中，晶体管偏置在饱和区和截止区。

当晶体管偏置在饱和区时，集电极发射极和集电极基极结均为正向偏置。此时，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 定时器集成电路的一个重要用途是用作天稳定多频振荡器。

可控多频振荡器产生的输出信号可在两种状态之间切换，因此可用作振荡器。振荡频率由电容和电阻的值决定。

 电路图

电路元件

V1 = 12 伏

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：可将星型多频振荡器用作振荡器。这里设计的是一个使用 555 定时器的天稳定多频振荡器。我们知道，555 定时器在星稳态模式下的振荡频率为

f = 1.44/(R1+2*R2)*C

其中，R1 是放电引脚与 Vcc 之间的电阻，R2 是放电引脚与阈值引脚之间的电阻，C 是阈值引脚与地之间的电容。 此外，输出信号的占空比由以下公式给出：

D = (R1+R2)/(R1+2*R2)

由于我们的要求是 f =50Hz 和 D = 50%，并假设 C 为 0.1uF，因此我们可以计算出 R1 和 R2 的值分别为 10K 和 140K 欧姆。在此，我们倾向于使用 150K 电位器来微调输出信号。

此外，在控制引脚和地之间还使用了一个 0.01uF 的陶瓷电容器。

开关电路设计：我们的主要目的是开发 220V 的交流信号。这就需要使用大功率晶体管，使最大电流流向负载。因此，我们使用最大集电极电流为 6A 的功率晶体管 TIP41，基极电流由集电极电流除以直流电流增益得出。 因此，偏置电流约为 0.4A *10，即 4A。不过，由于该电流大于晶体管的最大基极电流，我们倾向于选择一个小于最大基极电流的值。假设偏置电流为 1A。偏置电阻的值为

Rb = (Vcc - VBE(ON))/Ibias

每个晶体管的 VBE（ON）电压约为 2V。因此计算得出每个晶体管的 Rb 为 10 欧姆。由于二极管用于偏压，因此二极管上的正向压降应等于晶体管上的正向压降。因此，使用了 1N4007 二极管。

PNP 和 NPN 晶体管的设计考虑因素相同。我们使用的是 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，需要使用一个电解质电容器，只允许基频通过。在这里，我们使用一个 2200uF 的电解质电容器，其容量足以滤除谐波。由于需要获得 220V 输出，因此最好使用升压变压器。这里使用的是 12V/220V 升压变压器。

12 伏直流至 220 伏交流转换器电路操作

当使用 12V 电池为该设备供电时，555 定时器在可控模式下产生频率为 50Hz 的方波信号。

当输出为逻辑高电平时，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。当输出为逻辑低电平时，二极管 D1 将导通，电流将通过 D1 和 R4 流向 Q2 的基极，使其接通。

这样，变压器初级两端就能交替产生直流电压。电容器可确保信号频率达到所需的基频。

然后，变压器初级上的 12 伏交流信号会通过变压器次级升压为 220 伏交流信号。

12 伏直流至 220 伏交流转换器电路的应用

该电路可用于汽车和其他交通工具，为小型电池充电。

该电路可用于驱动小功率交流电机

可用于太阳能发电系统。

局限性

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

使用晶体管会降低电路效率。

使用开关晶体管有可能导致输出信号交叉失真。不过，使用偏置二极管在一定程度上减少了这种限制。

注意事项

可以使用任何星型多谐器来代替 555 定时器。例如，也可以使用 4047 星型可变多频振荡器来构建此电路，其输出电流经过放大后应用于变压器。