車載逆變器的電路原理及維修

-.z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)品的主要指標輸入電壓：DC10V～14.5V；輸出電壓：AC200V～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局部，每局部各采用一只TL494或KA7500芯片組成控制電路，其中第一局部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；第二局部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30kHz～50kHz、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、MOS功率管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、MOS功率管VT6、VT7、VT9、VT10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*AC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TL494(或KA7500C)芯片，構(gòu)成車載逆變器的核心控制電路。TL494是專用的雙端式開關(guān)電源控制芯片，其尾綴字母表示芯片的封裝外形為雙列直插式塑封構(gòu)造，工作溫度*圍為0℃-70℃，極限工作電源電壓為7V～40V，最高工作頻率為300kHz。TL494芯片內(nèi)置有5V基準源，穩(wěn)壓精度為5V±5％，負載能力為10mA，并通過其14腳進展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的驅(qū)動能力。TL494芯片的內(nèi)部電路如圖2所示。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C1兩端電壓到達5V以上時，才允許IC1內(nèi)部的脈寬調(diào)制電路開場工作。當電源斷電后，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150Ω～300Ω*圍內(nèi)任選，適中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是一個比擬重要的參數(shù)，圖1電路中U≈Vcc×R2÷(R1+Rt+R2)V，常溫下的計算值為U≈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。當電路工作異常，MOS功率管VT2或VT4的溫升大幅提高，熱敏電阻Rt的阻值超過約4kΩ時，IC1內(nèi)部比擬器1的輸出將由低電平翻轉(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比擬器、“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)為截止狀態(tài)。當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通，VT1、VT3導通后，功率管VT2和VT4將因柵極無正偏壓而處于截止狀態(tài)，逆變電源電路停頓工作。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平安?？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較為適宜。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IC1的3腳為高電平時，將對電容C3充電。這導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IC1的3腳為高電平時，還將沿R8、VD4對電容C7進展充電，同時將電容C7兩端的電壓提供應(yīng)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4腳為高電平時，將抬高芯片內(nèi)死區(qū)時間比擬器同相輸入端的電位，使該比擬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處于飽和導通狀態(tài)，其后級的MOS管VT6和VT9將因柵極無正偏壓而都處于截止狀態(tài)，逆變電源電路停頓工作。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)制頻率為fosc=1.1÷(0.0047×4.3)kHz≈50kHz。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20×2，次級匝數(shù)為380。IC2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×R14)=1.1÷(0.1×220)kHz≈50Hz。R29、R30、R27、C11、VDZ2組成*AC插座220V輸出端的過壓保護電路，當輸出電壓過高時將導致穩(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。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LED指示燈不亮時，則說明逆變電路沒有工作。當接通電源30s以上，LED指示燈還沒有點亮時，則需要測量*AC輸出插座處的交流電壓值，假設(shè)該電壓值為正常的220V左右，則說明僅僅是LED指示燈局部的電路出現(xiàn)了故障；假設(shè)經(jīng)測量*AC輸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，假設(shè)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。假設(shè)芯片IC1的3腳對地電壓值在1V以上，說明芯片內(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。假設(shè)發(fā)現(xiàn)*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，快恢復整流二極管HER306以及PWM控制芯片TL494(或KA7500C)。SS8550為TO-92形式封裝的PNP型三極管。其引腳電極的識別方法是，當面向三極管的印字標識面時，引腳1為發(fā)射極E、2為基極B、3為集電極C。SS8550的主要參數(shù)指標為：BVCBO=-40V，BVCEO=-25V，VCE(S)=-0.28V，VBE(ON)=-0.66V，fT=200MHz，ICM=1.5A，PCM=1W，TJ=150℃，hFE=85～160(B)、120～200(C)、160～300(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-23。SS8550為目前市場上較為常見、易購的三極管，價格也比擬廉價，單只售價僅0.3元左右。KSP44為TO-92形式封裝的NPN型三極管。其引腳電極的識別方法是，當面向三極管的印字標識面時，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)指標為：BVCBO=500V，BVCEO=400V，VCE(S)=0.5V，VBE(ON)=0.75V，ICM=300mA，PCM=0.625W，TJ=150℃，hFE=40～200。KSP44為機中常用的高壓三極管，當KSP44損壞而無法買到時，可用日光燈電路中常用的三極管KSE13001進展代換。KSE13001為FAIRCHILD公司產(chǎn)品，主要參數(shù)為BVCBO=400V，BVCEO=400V，ICM=100mA，PCM=0.6W，hFE=40～80。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，當面向三極管的印字標識面時，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。IRFZ48N的主要參數(shù)指標為：VDss=55V，ID=66A，Ptot=140W，TJ=175℃，RDS(ON)≤16mΩ。當IRFZ48N損壞無法買到時，可用封裝形式和引腳電極排序完全一樣的N溝道增強型MOS開關(guān)管IRF3205進展代換。IRF3205的主要參數(shù)為VDss=55V，ID=110A，RDS(ON)≤8mΩ。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)指標為：VDSS=400V，ID=10A，Ptot=120W，RDS(ON)≤550mΩ。當IRF740A損壞無法買到時，可用封裝形式和引腳電極排序完全一樣的N溝道增強型MOS開關(guān)管IRF740B、IRF740或IRF730進展代換。IRF740、IRF740B的主要參數(shù)與IRF740A完全一樣。IRF730的主要參數(shù)為VDSS=400V，ID=5.5A，RDS(ON)≤1Ω。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)指標已經(jīng)是綽綽有余了。HER306為3A、600V的快恢復整流二極管，其反向恢復時間Trr=100ns，可用HER307(3A、800V)或者HER308(3A、1000V)進展代換。對于150W以下功率的車載逆變器，其中的快恢復二極管HER306可以用BYV26C或者最容易購置到的FR107進展代換。BYV26C為1A、600V的快恢復整流二極管，其反向恢復時間Trr=30ns；FR107為1A、1000V的快恢復整流二極管，其反向恢復時間=100ns。從器件的反向恢復時間這一參數(shù)指標考慮，代換時選用BYV26C更為適宜些。TL494、KA7500C為PWM控制芯片。對目前市場上的各種車載逆變器產(chǎn)品進展剖析可以發(fā)現(xiàn)，有的車載逆變器產(chǎn)品中使用了兩只TL494芯片，有的是使用了兩只KA7500C芯片，還有的是兩種芯片各使用了一只，更為離奇的是，有的產(chǎn)品中居然故弄玄虛，將其中的一只TL494或者KA7500C芯片的標識進展了打磨，然后標上各種乖僻的芯片型號，讓維修人員倍感困惑。實際上只要對照芯片的外圍電路一看，就知道所用的芯片必定是TL494或者KA7500C。經(jīng)仔細查閱、比照TL494、KA7500C兩種芯片的原廠pdf資料，發(fā)現(xiàn)這兩種芯片的外