車載逆變器的電路原理及維修

1、車載逆變器的電路原理及維修 一 市場上常見款式車載逆變器產(chǎn)品的主要指標(biāo)輸入電壓：DC 10 14.5V;輸出電壓：AC 200g 220V± 10%;輸出頻率：50Hz± 5%;輸出功率：70W 150W轉(zhuǎn)換效率：大于85% ;逆變工作頻率：30kHz 50kHz。二 常見車載逆變器產(chǎn)品的電路圖及工作原理目前市場上銷售量最大、最常見的車載逆變器的輸出 功率為70W- 150W逆變器電路中主要采用 TL494或 KA7500芯片為主的脈寬調(diào)制電路。一款最常見的車載 逆變器電路原理圖見圖 1。車載逆變器的整個電路大體上可分為兩大部分，每部 分各采用一只TL494或KA7500芯

2、片組成控制電路，其 中第一部分電路的作用是將汽車電瓶等提供的12V直流電，通過高頻 PWM（ 脈寬調(diào)制 ） 開關(guān)電源技術(shù)轉(zhuǎn)換成 30kHz 50kHz、220V左右的交流電；第二部分電路的作用則是利用橋式整流、濾波、脈寬調(diào)制及開關(guān)功率輸出等技術(shù)，將30kHz50kHz、220V左右的交流電轉(zhuǎn) 換成50Hz 220V的交流電。1.車載逆變器電路工作原理圖1電路中，由芯片IC1及其外圍電路、三極管VT1、VT3 MO助率管VT2 VT4以及變壓器T1組成12V直 流變換為220V/50kHz交流的逆變電路。由芯片IC2 及其外圍電路、三極管 VT5 VT8 MO助率管VT6VT7 VT9 VT10

3、以及220V/50kHz整流、濾波電路 VD5 -VD8 C12等共同組成220V/50kHz高頻交流電變換為220V/50HZ工頻交流電的轉(zhuǎn)換電路，最后通過 XAC插座輸出220V/50HZ交流電供各種便攜式電器使用 圖 1 中 IC1、IC2 采用了 TL494CN或 KA7500C芯片， 構(gòu)成車載逆變器的核心控制電路。TL494CN是專用的 雙端式開關(guān)電源控制芯片，其尾綴字母CN表示芯片的 封裝外形為雙列直插式塑圭寸結(jié)構(gòu)，工作溫度范圍為OC -70C,極限工作電源電壓為 7V40V,最高工作 頻率為300kHNTL494芯片內(nèi)置有5V基準源，穩(wěn)壓精度為5 V± 5% , 負載能

4、力為10mA并通過其14腳進行輸出供外部電 路使用。TL494芯片還內(nèi)置2只NPN功率輸出管，可 提供500mA勺驅(qū)動能力。TL494芯片的內(nèi)部電路如圖2 所示。椅出挖制輸入同相辰相反相罔Mi輸入越卷GND輸出圖1電路中IC1的15腳外圍電路的R1、C1組成上電 軟啟動電路。上電時電容 C1兩端的電壓由0V逐步升 高，只有當(dāng)C1兩端電壓達到5V以上時，才允許IC1 內(nèi)部的脈寬調(diào)制電路開始工作。當(dāng)電源斷電后，C1通 過電阻R2放電，保證下次上電時的軟啟動電路正常工 作。IC1的15腳外圍電路的R1、Rt、R2組成過熱保護電 路，Rt為正溫度系數(shù)熱敏電阻，常溫阻值可在150 Q 300Q范圍內(nèi)任選

5、，適當(dāng)選大些可提高過熱保護電路 啟動的靈敏度。熱敏電阻Rt安裝時要緊貼于MOS功率開關(guān)管VT2或 VT4的金屬散熱片上，這樣才能保證電路的過熱保護 功能有效。IC1的15腳的對地電壓值U是一個比較重要的參數(shù)，圖1電路中UVccX R2 (R1+Rt+R2)V 常溫下的計 算值為 片6.2V。結(jié)合圖1、圖2可知，正常工作情況 下要求 IC1 的 15腳電壓應(yīng)略高于 16腳電壓(與芯片 14腳相連為5V)，其常溫下6.2V的電壓值大小正好滿 足要求，并略留有一定的余量。當(dāng)電路工作異常，MO助率管VT2或VT4的溫升大幅 提高，熱敏電阻Rt的阻值超過約4kQ時,IC1內(nèi)部 比較器 1 的輸出將由低電

6、平翻轉(zhuǎn)為高電平， IC1 的 3 腳也隨即翻轉(zhuǎn)為高電平狀態(tài)，致使芯片內(nèi)部的PWM:匕 較器、“或”門以及“或非”門的輸出均發(fā)生翻轉(zhuǎn)， 輸出級三極管VT1和三極管VT2均轉(zhuǎn)為截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng) IC1 內(nèi)的兩只功率輸出管截止時，圖 1 電路中的 VT1、 VT3將因基極為低電平而飽和導(dǎo)通，VT1、VT3導(dǎo)通后， 功率管VT2和VT4將因柵極無正偏壓而處于截止?fàn)顟B(tài)， 逆變電源電路停止工作。IC1的1腳外圍電路的 VDZ1 R5 VD1 C2、R6構(gòu)成 12V輸入電源過壓保護電路，穩(wěn)壓管VDZ1的穩(wěn)壓值決 定了保護電路的啟動門限電壓值， VD1 C2、R6還組 成保護狀態(tài)維持電路，只要發(fā)生瞬間的輸入電源過

7、壓 現(xiàn)象，保護電路就會啟動并維持一段時間，以確保后 級功率輸出管的安全?？紤]到汽車行駛過程中電瓶電 壓的正常變化幅度大小，通常將穩(wěn)壓管VDZ1的穩(wěn)壓值 選為15V或16V較為合適。IC1的3腳外圍電路的C3 R5是構(gòu)成上電軟啟動時間 維持以及電路保護狀態(tài)維持的關(guān)鍵性電路，實際上不 管是電路軟啟動的控制還是保護電路的啟動控制，其最終結(jié)果均反映在 IC1 的 3 腳電平狀態(tài)上。電路上電 或保護電路啟動時， IC1 的 3 腳為高電平。當(dāng) IC1 的 3 腳為高電平時，將對電容C3充電。這導(dǎo)致保護電路啟 動的誘因消失后，C3通過R5放電，因放電所需時間 較長，使得電路的保護狀態(tài)仍得以維持一段時間。當(dāng)

8、IC1的3腳為高電平時，還將沿 R8 VD4對電容C7 進行充電，同時將電容C7兩端的電壓提供給IC2的4 腳，使 IC2 的 4 腳保持為高電平狀態(tài)。從圖 2 的芯片 內(nèi)部電路可知，當(dāng) 4 腳為高電平時，將抬高芯片內(nèi)死 區(qū)時間比較器同相輸入端的電位，使該比較器輸出保 持為恒定的高電平，經(jīng)“或”門、“或非”門后使內(nèi) 置的三極管VT1和三極管VT2均截止。圖1電路中的 VT5和VT8處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，其后級的 MOSt VT6 和VT9將因柵極無正偏壓而都處于截止?fàn)顟B(tài)，逆變電 源電路停止工作。IC1的5腳外接電容C4(472)和6腳外接電阻R7(4k3) 為脈寬調(diào)制器的定時元件，所決定的脈寬調(diào)制

9、頻率為 fosc=1 .1 - (0.0047 X4.3)kHz 50kHN 即電路中的 三極管VT1、VT2 VT3 VT4變壓器T1的工作頻率 均為50kHz左右，因此T1應(yīng)選用高頻鐵氧體磁芯變壓 器，變壓器T1的作用是將12V脈沖升壓為220V的脈沖，其初級匝數(shù)為20X2,次級匝數(shù)為380IC2的5腳外接電容C8(104)和6腳外接電阻R14(220k)為脈寬調(diào)制器的定時元件，所決定的脈寬調(diào)制頻率為fosc=1.1 - (C8 X R14)=1.1 - (0.1 X 220)kHz50HnR29 R30 R27 C11、VDZ2組成 XAC插座 220V輸出端的過壓保護電路，當(dāng)輸出電壓過

10、高時將導(dǎo)致穩(wěn)壓管VDZ2擊穿，使IC2的4腳對地電壓上升，芯片IC2內(nèi) 的保護電路動作，切斷輸出。車載逆變器電路中的MOS管VT2 VT4有一定的功耗，必須加裝散熱片，其他器件均不需要安裝散熱片。當(dāng) 車載逆變器產(chǎn)品持續(xù)應(yīng)用于功率較大的場合時，需在 其內(nèi)部加裝 12V 小風(fēng)扇以幫助散熱。2. 電路中的元器件參數(shù) 電路中各元器件的參數(shù)列于附表杯號*! i JWrrtw,i . ：.22UF/16VvriFiIN414BRU470(C247UF/I6VVI) 14FR107RI4220kC34?uF/l6VVDZII5V/0.5WR15. R1610kC4472VDZ230 V/0,5 WRI74K

11、7C52200uF/6 VCI. IC2亢袒CNiflKATMOC：R18b RI9IkC6F/16 VICI. C2H2O3kJC14=1"甬 vVTL VT3SS8550RJl4k?CB104VT2, VT4IKFZ48NR22IkC91<I3VT6. BRF740AR2110kcro103VT5, VT8KSP44R込 R254K711OgFVT9t VT101RF740AR»IKCll10UF/400VRl城R27IKKCI3IOuFVMVR2対kZ3k3CMLOi/lOWVR3100kR2典 RJ0IQCkcbtouf/sovR4270RtiMQ-3000V

12、DI - VD41N4I48R5100kVDSRe4«7VIM - VDK1N4I48R74k3VTRPRIMR8-R114<7 iK N M J7TS fl Mi -s, e rn _ !三.車載逆變器產(chǎn)品的維修要點由于車載逆變器電路一般都具有上電軟啟動功能，因 此在接通電源后要等5s-30s后才會有交流220V的輸 出，同時LED指示燈點亮。當(dāng)LED指示燈不亮?xí)r，則 表明逆變電路沒有工作。當(dāng)接通電源30s以上，LED指示燈還沒有點亮?xí)r，則 需要測量XAC輸出插座處的交流電壓值，若該電壓值 為正常的220V左右，則說明僅僅是LED指示燈部分的 電路出現(xiàn)了故障；若經(jīng)測量XAC輸

13、出插座處的交流電 壓值為0，則說明故障原因為逆變器前級的逆變電路 沒有工作，可能是芯片IC1內(nèi)部的保護電路已經(jīng)啟動。判斷芯片 IC1 內(nèi)部保護電路是否啟動的方法是：用萬 用表的直流電壓擋測量芯片 IC1 的 3 腳對地直流電壓 值，若該電壓在 1V 以上則說明芯片內(nèi)部的保護電路已 經(jīng)啟動了，否則說明故障原因是非保護電路動作所致。若芯片 IC1 的 3 腳對地電壓值在 1V 以上，表明芯片內(nèi) 部的保護電路已啟動時，需進一步用萬用表的直流電 壓擋測試芯片 IC1 的 15、16 腳之間的直流電壓， 以及 芯片 IC1 的 1、2腳之間的直流電壓。 正常情況下， 圖 1 電路中芯片 IC1 的 15

14、 腳對地直流電壓應(yīng)高于 16 腳 對地直流電壓， 2 腳對地的直流電壓應(yīng)高于 1腳對地 的直流電壓，只有當(dāng)這兩個條件同時得到滿足時，芯 片 IC1 的 3 腳對地直流電壓才能為正常的 0V 左右，逆 變電路才能正常工作。若發(fā)現(xiàn)某測試電壓不滿足上述 關(guān)系時，只需按相應(yīng)支路去查找故障原因，即可解決 問題。四. 車載逆變器產(chǎn)品的主要元器件參數(shù)及代換圖 1 電路中的主要器件有驅(qū)動管 SS8550、 KSP44， MOS 功率開關(guān)管IRFZ48N IRF740A快恢復(fù)整流二極管 HER30©及 PWM空制芯片 TL494CN （或 KA7500C。SS8550為TO-92形式封裝的PNP型三極

15、管。其引腳電極的識別方法是，當(dāng)面向三極管的印字標(biāo)識面時，引腳1為發(fā)射極E、2為基極B、3為集電極CSS8550的主要參數(shù)指標(biāo)為：BVCBO=-40VBVCEO=-25,VCE(S)=-0.28V， VBE(ON)=-0.66V ，fT=200MHz，ICM=1.5A, PCM=1WTJ= 150 C , hFE=85 160(B)、 120200(C)、160300(D)。與TO-92形式封裝的SS8550相對應(yīng)的表貼器件型號為S8550LT1,其封裝形式為SOT-23SS8550為目前市場上較為常見、易購的三極管，價格 也比較便宜，單只售價僅 0.3 元左右。KSP44為TO-92形式封裝的

16、NPN型三極管。其引腳電極的識別方法是，當(dāng)面向三極管的印字標(biāo)識面時，其引腳 1 為發(fā)射極 E、 2 為基極 B、 3 為集電極 C。KSP44的 主要參數(shù)指標(biāo)為：BVCBO=500V BVCEO=40QVVCE(S)=0.5V ，VBE(ON)=0.75V ，ICM=300mA， PCM=0.625W TJ=150C，hFE=40200。KSP44為電話機中常用的高壓三極管，當(dāng) KSP44損壞 而無法買到時，可用日光燈電路中常用的三極管KSE1300進行代換。KSE1300偽FAIRCHILD公司產(chǎn)品， 主要參數(shù)為 BVCBO=400，VBVCEO=400，VICM=100m，A PCM=0.

17、6WVhFE=4A 80。KSE13001的封裝形式雖然同 樣為TO-92,但其引腳電極的排序卻與 KSP44不同， 這一點在代換時要特別注意。KSE13001引腳電極的識 別方法是，當(dāng)面向三極管的印字標(biāo)識面時，其引腳電 極 1 為基極 B、2 為集電極 C、3 為發(fā)射極 E。IRFZ48N為TO-220形式封裝的N溝道增強型 MO聯(lián)速 功率開關(guān)管。其引腳電極排序 1 為柵極 G、2 為漏極 D、 3為源極So IRFZ48N的主要參數(shù)指標(biāo)為：VDss=55V ID=66A, Ptot=140W, TJ=175°C, RDS(ON16mQ。當(dāng)IRFZ48N損壞無法買到時，可用封裝形式

18、和引腳電 極排序完全相同的N溝道增強型MOS關(guān)管IRF3205 進行代換。 IRF3205 的主要參數(shù)為 VDss=55V， ID=110A， RDS(ON 8mQ。其市場售價僅為每只3元左右。IRF740A為TO-220形式封裝的N溝道增強型MOS快速 功率開關(guān)管。其引腳電極排序 1 為柵極 G、2 為漏極 D、 3 為源極 S。IRF740A的主要參數(shù)指標(biāo)為：VDSS=400V ID=10A, Ptot=120W , RDS(ON550mQ。當(dāng)IRF740A損壞無法買到時，可用封裝形式和引腳電 極排序完全相同的N溝道增強型MOS開關(guān)管IRF740BIRF740或 IRF730進行代換。IR

19、F740、RF740B 的主要參數(shù)與IRF740A完全相同。IRF730的主要參數(shù) 為 VDSS=400,ID=5.5A, RDS(ON 1Q。其中 IRF730 的參數(shù)雖然與 IRF740 系列的相比略差，但對于 150W 以下功率的逆變器來說，其參數(shù)指標(biāo)已經(jīng)是綽綽有余 了。HER306 3A、600V的快恢復(fù)整流二極管，其反向恢 復(fù)時間 Trr=100ns，可用 HER307(3A 800V)或者 HER308(3A 1000V)進行代換。對于150W以下功率的 車載逆變器，其中的快恢復(fù)二極管 HER30呵以用 BYV26C或者最容易購買到的FR107進行代換。BYV26C 為1A、600V的快恢復(fù)整流二極管，其反向恢復(fù)時間 Trr=30ns ; FR107為1A、1000