图
4
电流，但对于场效应管而言，其输出电流是由输入电压（或称为场电压）控制的，可以认为，输入电流极小或者没有输入电流，这就使得该器件有很大的输入阻抗，这也就是被人们称其为场效应管的原因。现在，我们先叙述仅含一个P—N结的二极管的工作过程，以解释MOSFET 的工作原理，如图5所示。众所周知，在二极管上加正向电压（即P 端接正极，N端接负极）时，二极管导通，这时P—N结有电流通过。这是因为在P 型半导体端为正电压时，N型半导体内的负电子被吸引而涌向加有正电压的P 型半导体端，而P 型半导体端内的正电子则向N 型半导体端运动，这样就形成了导通电流。同样的原理，当二极管加上反向电压（即P 端接负极，N端接正极）时，此时在P 型半导体端为负电压，正电子被聚集在P 型半导体端，负电子则聚集在N 型半导体端，电子不移动，即P—N结没有电流流过，二极管为截止状态。
图6所示为MOSFET 的结构示图。从前面的分析可知，在栅极没有施加电压时，在源极与漏极之间不会有电流流过，此时的MOSFET 处于截止状态（见图6a）。当以一个正电压加在N 沟道的MOSFET 栅极上时，由于电场的作用，这时N 型半导体的源极和漏极的负电子被吸引出来涌向栅极，但由于管内氧化膜的阻挡，使得电子聚集在两个N 沟道之间的P 型半导体中（见图6b 所示），从而形成电流，
图
5磁性元件与电源·
2014.05
图
6
使MOSFET 源极和漏极之间导通。我们还可以将此想象为两个N 型半导体之间为一条沟，栅极电压的建立相当于为源极与漏极之间架起了一座桥梁，该桥梁通行能力的大小由栅极电压值决定。图7示出了P 沟道场效应管的工作过程，其工作原理与以上阐述类似，在此不予赘述。
以下简要介绍用C-MOSFET（即增强型MOSFET）组成的逆变器电路的工作过程（见图7所示）。这种电路将一个增强型P 沟道MOSFET 和一个增强型N 沟道MOSFET 组合在一起使用。当输入端为低电平时，P沟道MOSFET 导通，输出端与电源正极接通。当其输入端为高电平时，N 沟道MOSFET 导通，输出端则与电源地线接通。在此电路中，P沟道MOSFET 和N 沟道MOSFET 总是相反的状态下工作，其输入端和输出端的相位相反。借助这种工作方式，我们可以获得较大的电流输出。同时，由于存在漏电流的影响，使得栅压在还没有到达零伏(0V)，即通常在栅极电压小于1V 到2V 时，MOSFET 即被关断。我们知道，每个场效应管的关断电压会略有不同，也正是如此，可以使该电路不会因为两管完全同时导通而造成电源短路。
根据以上分析，可以画出如图8所示的MOSFET 部分的工作过程原理图。这种低电压、大电流、频率为
50Hz
图7
图
8
的交变信号通过变压器的低压绕组时，会在变压器的高压侧感应产生高压交流电压，完成直流到交流的转换。在此需要注意的是，在某些情况下，如振荡部分停止工作时，变压器的低压侧有时会有很大的电流通过，所以该电路的保险丝不能省略或者短接。
该电路在电路板上的布置见图9所示。其所用元器件见图10。逆变器的变压器采用次级为12V，电流为10A，初级电压为220V 的成品电源变压器。P沟道MOSFET(2SJ471)，其最大漏极电流为30A，在MOSFET 导通时，漏极—源极间的电阻为25毫欧。此时如果通过10A 电流，则会有2.5W 的功率消耗。N沟道MOSFET(2SK2956)最大的漏极电流为50A，MOSFET导通时，漏极—源极间的电阻为7毫欧，这时如果通过10A 电流，则消耗的功率为0.7W。由以上结果可以知道，在同样数值的工作电流情况下，2SJ471的发热量约为2SK2956的4倍。所以在设计设备的散热问题时必须注意这一点。图11所示为本文设计的逆变器中的场效管
图
9图
10
在散热器(100mm×100mm×17mm)上的位置分布和连接方法。虽然场效应管在工作于开关状态时的发热量不会很大，但出于安全考量，选用散热器时应该略为偏大。
以下简要介绍该逆变器的性能测试结果。
测试该逆变器的性能所用的输入电源是内阻低、放电电流大（一般大于100AH）的12V 汽车用电池，它可以为电路提供充足的输入功率。测试采用的负载为普通的电灯泡。测试方法是通过改变负载大小的同时测量此时的输入电流、电压以及输出电压。其测量结果见图12所示的电压、电流曲线关系图。从图12中可以看出，输出电压随负载的增大而下降，灯泡的功率消耗随电压的变化而改变。人们也可以通过计算找出输出电压和功率的关系。但在实际应用中，由
于电灯泡的电阻会随加在其两端的电压变化而改变，并且输
下转131页
图11
2014.05·
磁性元件与电源
125
图
12
出电压、电流也不是正弦波，所以这种计算只能被认为是估算。以下用负载为60W 的电灯泡为例看其结果。
假设电灯泡的电阻值不随电压的变化而改变，因为
R
磁性元件与电源·
2014.05
图13
灯
=V2/W=2102/60=735Ω，所以在电压为280V 时，W=V2/
R=2082/735=58.9(W)。由此可以折算出电压和功率的关系。
通过测试发现，当输出功率约为100W 时，输入电流
为10A，此时输出电压为200V。图13为不同负载时的输出波形图。
（摘编自电源网）
图
4
电流，但对于场效应管而言，其输出电流是由输入电压（或称为场电压）控制的，可以认为，输入电流极小或者没有输入电流，这就使得该器件有很大的输入阻抗，这也就是被人们称其为场效应管的原因。现在，我们先叙述仅含一个P—N结的二极管的工作过程，以解释MOSFET 的工作原理，如图5所示。众所周知，在二极管上加正向电压（即P 端接正极，N端接负极）时，二极管导通，这时P—N结有电流通过。这是因为在P 型半导体端为正电压时，N型半导体内的负电子被吸引而涌向加有正电压的P 型半导体端，而P 型半导体端内的正电子则向N 型半导体端运动，这样就形成了导通电流。同样的原理，当二极管加上反向电压（即P 端接负极，N端接正极）时，此时在P 型半导体端为负电压，正电子被聚集在P 型半导体端，负电子则聚集在N 型半导体端，电子不移动，即P—N结没有电流流过，二极管为截止状态。
图6所示为MOSFET 的结构示图。从前面的分析可知，在栅极没有施加电压时，在源极与漏极之间不会有电流流过，此时的MOSFET 处于截止状态（见图6a）。当以一个正电压加在N 沟道的MOSFET 栅极上时，由于电场的作用，这时N 型半导体的源极和漏极的负电子被吸引出来涌向栅极，但由于管内氧化膜的阻挡，使得电子聚集在两个N 沟道之间的P 型半导体中（见图6b 所示），从而形成电流，
图
5磁性元件与电源·
2014.05
图
6
使MOSFET 源极和漏极之间导通。我们还可以将此想象为两个N 型半导体之间为一条沟，栅极电压的建立相当于为源极与漏极之间架起了一座桥梁，该桥梁通行能力的大小由栅极电压值决定。图7示出了P 沟道场效应管的工作过程，其工作原理与以上阐述类似，在此不予赘述。
以下简要介绍用C-MOSFET（即增强型MOSFET）组成的逆变器电路的工作过程（见图7所示）。这种电路将一个增强型P 沟道MOSFET 和一个增强型N 沟道MOSFET 组合在一起使用。当输入端为低电平时，P沟道MOSFET 导通，输出端与电源正极接通。当其输入端为高电平时，N 沟道MOSFET 导通，输出端则与电源地线接通。在此电路中，P沟道MOSFET 和N 沟道MOSFET 总是相反的状态下工作，其输入端和输出端的相位相反。借助这种工作方式，我们可以获得较大的电流输出。同时，由于存在漏电流的影响，使得栅压在还没有到达零伏(0V)，即通常在栅极电压小于1V 到2V 时，MOSFET 即被关断。我们知道，每个场效应管的关断电压会略有不同，也正是如此，可以使该电路不会因为两管完全同时导通而造成电源短路。
根据以上分析，可以画出如图8所示的MOSFET 部分的工作过程原理图。这种低电压、大电流、频率为
50Hz
图7
图
8
的交变信号通过变压器的低压绕组时，会在变压器的高压侧感应产生高压交流电压，完成直流到交流的转换。在此需要注意的是，在某些情况下，如振荡部分停止工作时，变压器的低压侧有时会有很大的电流通过，所以该电路的保险丝不能省略或者短接。
该电路在电路板上的布置见图9所示。其所用元器件见图10。逆变器的变压器采用次级为12V，电流为10A，初级电压为220V 的成品电源变压器。P沟道MOSFET(2SJ471)，其最大漏极电流为30A，在MOSFET 导通时，漏极—源极间的电阻为25毫欧。此时如果通过10A 电流，则会有2.5W 的功率消耗。N沟道MOSFET(2SK2956)最大的漏极电流为50A，MOSFET导通时，漏极—源极间的电阻为7毫欧，这时如果通过10A 电流，则消耗的功率为0.7W。由以上结果可以知道，在同样数值的工作电流情况下，2SJ471的发热量约为2SK2956的4倍。所以在设计设备的散热问题时必须注意这一点。图11所示为本文设计的逆变器中的场效管
图
9图
10
在散热器(100mm×100mm×17mm)上的位置分布和连接方法。虽然场效应管在工作于开关状态时的发热量不会很大，但出于安全考量，选用散热器时应该略为偏大。
以下简要介绍该逆变器的性能测试结果。
测试该逆变器的性能所用的输入电源是内阻低、放电电流大（一般大于100AH）的12V 汽车用电池，它可以为电路提供充足的输入功率。测试采用的负载为普通的电灯泡。测试方法是通过改变负载大小的同时测量此时的输入电流、电压以及输出电压。其测量结果见图12所示的电压、电流曲线关系图。从图12中可以看出，输出电压随负载的增大而下降，灯泡的功率消耗随电压的变化而改变。人们也可以通过计算找出输出电压和功率的关系。但在实际应用中，由
于电灯泡的电阻会随加在其两端的电压变化而改变，并且输
下转131页
图11
2014.05·
磁性元件与电源
125
图
12
出电压、电流也不是正弦波，所以这种计算只能被认为是估算。以下用负载为60W 的电灯泡为例看其结果。
假设电灯泡的电阻值不随电压的变化而改变，因为
R
磁性元件与电源·
2014.05
图13
灯
=V2/W=2102/60=735Ω，所以在电压为280V 时，W=V2/
R=2082/735=58.9(W)。由此可以折算出电压和功率的关系。
通过测试发现，当输出功率约为100W 时，输入电流
为10A，此时输出电压为200V。图13为不同负载时的输出波形图。
（摘编自电源网）