作者：白英良 张琛
来源：《电子技术与软件工程》2017年第19期
摘 要本文旨在探讨小功率逆变器的基本理论，本文提到的PWM脉宽调制法，即在保持周期不变的条件下，通过改变脉冲波形的宽度来调节逆变器输出电压的大小。而SPWM法就是在PWM的基础上，使输出电压的脉冲在一个特定时间间隔内，其能量等效于正弦波所包含的能量，利用SPWM法所设计的逆变器具有高可靠性、重量轻、体积小、输出波形稳定等特点。本文目的在于设计一款简易的小功率逆变器。文章详细地分析了逆变器工作原理和SPWM波产生的过程及原理，实现Multisim软件进行电路仿真和调试，并进行实物电路的设计、制作及测试。
【关键词】小功率 逆变器 PWM 实物测试汽车逆变器
1 概述
逆变器是把直流电能（电池、蓄电瓶）转变成交流电能（一般为220V，50Hz正弦波或方波）。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路共同组成。广泛适用于空调、电动工具、DVD、VCD、电脑、冰箱、洗衣机、电视、录像机、家庭影院、风扇、普通照明等。在国外汽车的普及率较高，外出工作或外出旅游即可使用逆变器连接蓄电池带动各类电器及各种工具运行。通过点烟器输出的车载逆变器普遍是 20W 到 150W 的功率规格。再大一些的功率逆变电源则需要通过连接线接到电瓶上。把家用电器接到车载逆变器的输出端就能在汽车内使用各种电器。如：手机、笔记本电脑、数码摄像机、照像机、照明灯、数码摄像机、照像机、车载冰箱及各种旅游、野营、医疗急救电器等。本文目的在于设计一款简易的小功率逆变器。
2 设计原理
要设计一个小功率逆变器，需要利用MOSFET的开关原理控制电路，通过信号发生器输出的信号控制多个MOS场效应管的开断来控制电流的流向，使得变压器一端交替产生方向相反的电流，变压器另一端即可获得交流电。
本方案通过控制端对两个增强型N沟道场效应管的通断进行控制，使两个场效应管工作
在不同状态下，并通过二对一的变压器持续的获得方向不断改变的电压。当场效应管Q1处在工作状态下时，变压器可以得到上负下正的电压，而当场效应管Q2处在工作状态下时，变压器则获得上正下负的电压，以此来达到获得交流电压的目的。
3 实验仿真
图2为本文所设计的小功率逆变器仿真图。此仿真图采用2个信号发生器XFG1和XFG2分别作为“调制波”和“载波”输入一个比较器，从而输出PWM波，可以等效为正弦波，以达到更好的控制两个N沟道型MOS场效应管的目的。从比较器出来的信号一端直接与MOS管Q1相连，另一端则经过反向放大器后与MOS管Q2相连，这样做的目的是为了使MOS管Q2与MOS管Q1相差180°相位，从而形成工作状态互补。
其中信号发生器XFG1作为“载波”为锯齿波，XFG2作为“调制波”为正弦波。两波经过比较器比较调制后，可得到一系列等幅不等宽的PWM波，PWM波经过N沟道型MOS场效应管Q1后，得到如所示波形，而经过MOS管Q2后得到波形。两波形互补，如图7所示，证明两个MOS管运行在互补的状态下。
当MOS管Q1工作时，电流经过2对1变压器上半部分，变压器另一端得到向上的电流。 而当MOS管Q2工作时，电流则经过变压器下半部分，变压器另一端获得向下的电流。变压器输出端持续获得方向不断改变的电流，为有效的220V交流电。波形如图3所示。
仿真结果表明，通过PWM脉宽调制控制两个MOS管的开断，并利用2对1的变压器可获得有效的220V交流电，设计原理有效。
4 小功率逆变器的硬件实现
设计采用了双12V输入，220V输出，功率150W的二对一高频变压器。
经过一系列调试测试，输入12V直流电能，最终得到220V左右的交流电压，实验结果正确，基本满足设计要求。如图4所示。
5 总结
本文设计了一款简易的小功率逆变器。该逆变器采用了比较常见的半桥式逆变，由PWM脉宽调制技术进行控制，输入为12V直流电，输出为220V交流电，该设计基本完成了论文中的各项设计要求，并通过Multisim仿真及实物实现得出正确结果。
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作者单位
北京工业大学信息学部 北京市 100124
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