本文介绍的高精度全自动稳压逆变器具有以下的特点:①由电路自动完成市电稳压、蓄电池充电和市电与逆变的相互切换。②逆变输出时,采用脉冲宽度调制稳压方式、转换效率高,负载特性好。满载与空载时,电压变化不超过±10%。③交流供电时稳压范围宽。当输入电压为170V至270V时,输出电压为200V至240V。④采用先恒流,后恒压的充电方式,充电安全可靠。⑤当市电电压低于170V时,本机自动由市电供电转为逆变供电。⑥有完善的自保护功能。⑦本机的所有工作状态均在面板上有显示,一目了然。
本机主要由稳压电路、PWM逆变输出电路、检测及保护电路、充电电路等四部分组成,见图1。核心部分为脉宽调制电路。这种调制方式,在固定脉冲频率的前提下,通过对输出晶体管的导通、关断时间的长短进行控制,即控制占空比,实现稳压。图2b为空载时的波形,此时脉冲宽度最窄;图2c为轻载时的波形;图2d为重载时的波形,此时脉冲宽度变宽。脉宽调制稳压电路不仅可以调整因负载轻重而引起的电压起落,还可以调整由于蓄电池电压变化而引起的输出电压波动。本机的脉宽调制电路部分由锯齿波振荡器、基准电源、误差放大器、比较器、触发控制电路及BG\(_{1}\)、BG2输出晶体管组成,见图3。当把锯齿波电压送到电压比较器的反相端,与同时送到同相端的误差放大器的输出电压比较时,输出端可得到一系列具有一定宽度的短形电压脉冲。该电压脉冲送入触发控制电路,形成相位相反、脉宽相同的输出脉冲,以驱动BG\(_{1}\)、BG2。触发控制电路,保证在脉冲宽度最大时,BG\(_{1}\)、BG2不会同时导通,这样也就保证了工作于大电流状态的输出晶体管不会被烧毁。误差放大器能将反应逆变器输出情况的反馈信号V\(_{F}\)与基准电压比较并放大,输出电压至电压比较器,以控制其输出脉冲的宽度。当VF 降低时(如负载加重、蓄电池电压下降引起的输出电压下降),误差放大器的输出电压也下降;电压比较放大器的输出脉宽增加;输出电压回升到预定值。当交流输出增高时(如负载减轻等),误差放大器的输出电压上升;电压比较器的输出脉宽减小,输出电压降到预定值。这就是脉宽调制式逆变器稳压的简单原理。图4为整机电路图,其中的方框部分,即为脉宽调制器。第1脚为封锁端,高电平时,整个脉宽调制器不工作,只有当第1脚为低电平时,逆变器才工作。第2脚为基准电压输出端,供外围电压比较器作基准电压使用。第3脚为反馈电压输入端。第4、5脚为驱动晶体管发射极的输出端。第6脚为BG\(_{1}\)、BG2晶体管的集电极,接至电源正极。第7脚为内部电路供电端。第8脚为接地端,改变W\(_{1}\)的阻值可调整逆变输出电压的幅度。在图4中,U2-3和U\(_{2}\)-4组成控制“市电”至“逆变”状态转换的双稳态电路。U1-4是市电电压比较器。当市电突然中断或电压低于170V时,U\(_{1}\)-4输出低电平,U2-3、U\(_{2}\)-4双稳态电路迅速翻转,逆变器开始逆变输出,保证供电不致中断。此时,LED3 灯亮,表示本机处于逆变状态。市电恢算或电压回升时,U\(_{1}\)-4输出高电平,约经1.5~2秒,U2-3、U\(_{2}\)-4翻转,逆变器停止逆变,恢复市电供电,LED2(市电正常)灯亮。R\(_{16}\)、C6、D\(_{6}\)组成延时电路,避免在市电频繁通断或电压在170V左右来回波动时,继电器触点反复通断,引起输出电压不稳和触点烧死现象。U2-1和U\(_{2}\)-2组成故障保护部分的双稳态电路。开机时,由于有R15、C\(_{4}\)构成的起动电路,整机正常工作。平时,本部分不介入,只有当机内或机外发生故障时,才起保护作用。U1-1及外围元件组成蓄电池放电下限比较电路;U\(_{1}\)-2组成短路保护电路;U1-3及外围元件组成过载延时保护电路。即当超负荷120%~150%发生后0.8秒,保护才生效。这样就保证了在逆变状态下,开启彩电、白炽灯等冲击电流较大的负载时,不会因短时间过载,使保护电路误动作。U\(_{1}\)-1;U1-2、U\(_{1}\)-3起作用时,都使U2-1、U\(_{2}\)-2翻转,逆变电路停止工作,LED、(电池电压过低、过载)灯亮。




本机在充电过程开始时,蓄电池电压较低。采用1/10~1/5电池容量的充电率以恒流充电,使蓄电池端电压逐渐上升。当端压升到14V时,充电过程进入恒压状态,充电电流逐渐减小。当充电电流下降到某一值后,将保持在一个很小的数值上,进入饱和充电过程。这个很小的充电电流将补偿蓄电池的自放电损耗。这种充电方式对保护蓄电池的容量和寿命非常有益。图5中的U4、Q\(_{4}\)~Q6、R\(_{22}\)~R28、组成这种先恒流,后恒压的蓄电池充电电路。在充电过程中,充电电流的变化及蓄电池的端电压变化,如图5所示。

市电供电时的交流稳压电路由U\(_{5}\)、J2、J\(_{3}\)及外围阻容元件构成。市电电压在170V至280V间变化时,空载输出可稳在210~235V之间。T2为电压传感器(实际上即一小变压器)。U\(_{5}\)-1、U5-2和U\(_{5}\)-3构成的电压比较电路,控制J2、J\(_{3}\)切换T1的初级绕组,从而实现稳压输出。
本机电路以采用通用元器件为主。图4中,U\(_{1}\)、U5为4电压比较器LM339;U\(_{2}\)为4与非门CD4011;U3、U\(_{4}\)是7808三端+8V稳压器;BR是8~10A/400V整流桥。继电器的触点电流应大于2A。本机通用性很强,只要换用不同的输出管即可制成各种功率的逆变器。对于不同的输出功率值,选用输出管Q4~Q\(_{12}\)的原则是:BVceo>100V;总P\(_{CM}\)应大所要求的逆变输出功率;总ICM大于整机工作电流并留有一定余量。若单只管子参数不够,可并联使用或用模块。另外,对于不同功率的逆变器,T\(_{1}\)也应作相应的改变。
本机若焊接无误,只需做以下几项调整即可正常工作:①调整W\(_{1}\)使逆变空载输出电压为225V。②调整W2,使市电低于170V时,机器自动将市电输出转为逆变输出。③调整W\(_{4}\),使市电输入电压在170V~280V之间变化时,输出在200V~240V之间。至此,这台全自动稳压逆变器就装成了。要注意的是,用12V蓄电池供电,本机可制成50W到300W的逆变器,超过300W的逆变器不宜用12V直流电源,应提高直流电源电压,电路也要作相应改动。(朱中伟)