車載逆變器電路圖及故障維修經(jīng)驗(yàn)

一 市場(chǎng)上常見款式車載逆變器產(chǎn)品的主要指標(biāo)

輸入電壓：DC 10V～14.5V,；輸出電壓：AC 200V～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(chǎng)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(gè)電路大體上可分為兩大部分，每部分各采用一只TL494或KA7500芯片 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 封結(jié)構(gòu),，工作溫度范圍為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(zhǔn)源,，穩(wěn)壓精度為5 V±5％ ，負(fù)載能力為10mA,，并通過其14腳進(jìn)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的驅(qū)動(dòng)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(dòng)電路,。上電時(shí)電容C1兩端的電壓由0V逐步升高,，只有當(dāng)C1兩端電壓達(dá)到5V以上時(shí)，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(shí)的軟啟動(dòng)電路正常工作,。

IC1的15腳外圍電路的R1,、Rt、R2組成過熱保護(hù)電路,，Rt為正溫度系數(shù)熱敏電阻,，常溫阻值可在150 Ω～300Ω范圍內(nèi)任選，適當(dāng)選大些可提高過熱保護(hù)電路啟動(dòng)的靈敏度,。

熱敏電阻Rt安裝時(shí)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(hù)功能有效。

IC1的15腳的對(duì)地電壓值U是一個(gè)比較重要的參數(shù),，圖1電路中U≈Vcc×R2÷ (R1+Rt+R2)V,，常溫下的計(jì)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(dāng)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(shí),，IC1內(nèi)部比較器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 比較器,、“或”門以及“或非”門的輸出均發(fā)生翻轉(zhuǎn),，輸出級(jí)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(shí),，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(wú)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(hù)電路，穩(wěn)壓管VDZ1的穩(wěn)壓值決定了保護(hù)電路的啟動(dòng)門限電壓 值,，VD1,、C2、R6還組成保護(hù)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(hù)電路就會(huì)啟動(dòng)并維持一段時(shí)間，以確保后級(jí)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(dòng)時(shí)間維持以及電路保護(hù)狀態(tài)維持的關(guān)鍵性電路，實(shí)際上不管是電路軟啟動(dòng)的控制還是保護(hù)電路的啟動(dòng)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(hù)電路啟動(dòng)時(shí),，IC1的3腳為高電平,。當(dāng)IC1的3腳為高電平時(shí)，將對(duì)電容C3充電,。這導(dǎo)致保護(hù)電 路啟動(dòng)的誘因消失后,，C3通過R5放電，因放電所需時(shí)間較長(zhǎng)，使得電路的保護(hù)狀態(tài)仍得以維持一段時(shí)間,。

當(dāng)IC1的3腳為高電平時(shí),，還將沿R8、VD4對(duì)電容C7進(jìn)行充電,，同時(shí)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(shí),，將抬高芯片內(nèi)死區(qū)時(shí)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(jí)的MOS管VT6和VT9將因柵極無(wú)正偏壓而都處于截止?fàn)?態(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(shí)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(jí)匝數(shù)為20×2,，次級(jí)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(shí)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XAC插座220V輸出端的過壓保護(hù)電路，當(dāng)輸出電壓過高時(shí)將導(dǎo)致穩(wěn)壓管VDZ2擊穿,，使IC2的4腳對(duì)地 電壓上升,，芯片IC2內(nèi)的保護(hù)電路動(dòng)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(chǎng)合時(shí),，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,。



三.車載逆變器產(chǎn)品的維修要點(diǎn)

由于車載逆變器電路一般都具有上電軟啟動(dòng)功能,，因此在接通電源后要等5s-30s后才會(huì)有交流220V的輸出，同時(shí)LED指示燈點(diǎn)亮,。當(dāng)LED指示燈不亮 時(shí),，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(diǎn)亮?xí)r,，則需要測(cè)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(cè)量XAC輸出插座處的交流電壓值為0，則說明故障原因?yàn)槟孀兤髑凹?jí)的逆變電路沒有工作,，可能是芯片IC1內(nèi)部的保護(hù)電路已經(jīng)啟動(dòng),。

判斷芯片IC1內(nèi)部保護(hù)電路是否啟動(dòng)的方法是：用萬(wàn)用表的直流電壓擋測(cè)量芯片IC1的3腳對(duì)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(hù)電路已 經(jīng)啟動(dòng)了,，否則說明故障原因是非保護(hù)電路動(dòng)作所致,。

若芯片IC1的3腳對(duì)地電壓值在1V以上，表明芯片內(nèi)部的保護(hù)電路已啟動(dòng)時(shí),，需進(jìn)一步用萬(wàn)用表的直流電壓擋測(cè)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(duì)地直流電壓應(yīng)高于16腳對(duì)地直流電壓,，2腳對(duì)地的直流電壓應(yīng)高于1 腳對(duì)地的直流電壓,，只有當(dāng)這兩個(gè)條件同時(shí)得到滿足時(shí)，芯片IC1的3腳對(duì)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(cè)試電壓不滿足 上述關(guān)系時(shí)，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(dòng)管SS8550、KSP44,，MOS功率開關(guān)管IRFZ48N,、IRF740A，快恢復(fù)整流二極管HER306以及PWM 控制芯片TL494CN (或KA7500C),。

SS8550為TO-92形式封裝的PNP型三極管,。其引腳電極的識(shí)別方法是，當(dāng)面向三極管的印字標(biāo)識(shí)面時(shí),，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(biāo)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(duì)應(yīng)的表貼器件型號(hào)為S8550LT1,，其封裝形式為SOT-23,。

SS8550為目前市場(chǎng)上較為常見、易購(gòu)的三極管,，價(jià)格也比較便宜,，單只售價(jià)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(shí)別方法是,，當(dāng)面向三極管的印字標(biāo)識(shí)面時(shí)，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=400V,，VCE(S)=0.5V ，VBE(ON)=0.75V ,，ICM=300mA ,，PCM=0.625W ，TJ=150℃,，hFE=40～200,。

KSP44為電話機(jī)中常用的高壓三極管,，當(dāng)KSP44損壞而無(wú)法買到時(shí)，可用日光燈電路中常用的三極管KSE13001進(jìn)行代換,。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(diǎn)在代換時(shí)要特別注意,。KSE13001引腳電極的識(shí)別方法是,，當(dāng)面向三極管的印字標(biāo)識(shí)面時(shí)，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(qiáng)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(biāo)為：VDss=55V,，ID=66A，Ptot=140W,，TJ=175℃,，RDS(ON)≤16mΩ 。

當(dāng)IRFZ48N損壞無(wú)法買到時(shí),，可用封裝形式和引腳電極排序完全相同的N溝道增強(qiáng)型MOS開關(guān)管IRF3205進(jìn)行代換,。IRF3205的主要參數(shù)為 VDss=55V，ID=110A,，RDS(ON)≤8mΩ,。其市場(chǎng)售價(jià)僅為每只3元左右。

IRF740A為TO-220形式封裝的N溝道增強(qiáng)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(ON)≤550mΩ,。

當(dāng)IRF740A損壞無(wú)法買到時(shí),，可用封裝形式和引腳電極排序完全相同的N 溝道增強(qiáng)型MOS 開關(guān)管IRF740B、IRF740或IRF730進(jìn)行代換,。IRF740,、IRF740B的主要參數(shù)與IRF740A完全相同。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(duì)于150W以下功率的逆變器來(lái)說，其參數(shù)指標(biāo)已經(jīng)是綽綽有余了,。

HER306為3A,、600V的快恢復(fù)整流二極管，其反向恢復(fù)時(shí)間Trr=100ns,，可用HER307(3A,、800V)或者HER308(3A、 1000V)進(jìn)行代換,。對(duì)于150W以下功率的車載逆變器,，其中的快恢復(fù)二極管HER306可以用BYV26C或者最容易購(gòu)買到的FR107進(jìn)行代換。 BYV26C為1A,、600V的快恢復(fù)整流二極管,，其反向恢復(fù)時(shí)間Trr=30ns；FR107為1A,、1000V的快恢復(fù)整流二極管,，其反向恢復(fù)時(shí)間= 100ns。從器件的反向恢復(fù)時(shí)間這一參數(shù)指標(biāo)考慮,，代換時(shí)選用BYV26C更為合適些,。

TL494CN、KA7500C為PWM控制芯片,。對(duì)目前市場(chǎng)上的各種車載逆變器產(chǎn)品進(jìn)行剖析可以發(fā)現(xiàn),，有的車載逆變器產(chǎn)品中使用了兩只TL494CN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TL494CN或者 KA7500C芯片的標(biāo)識(shí)進(jìn)行了打磨,，然后標(biāo)上各種古怪的芯片型號(hào)，讓維修人員倍感困惑,。實(shí)際上只要對(duì)照芯片的外圍電路一看,，就知道所用的芯片必定是 TL494CN或者KA7500C,。

經(jīng)仔細(xì)查閱、對(duì)比TL494CN,、KA7500C兩種芯片的原廠pdf資料,，發(fā)現(xiàn)這兩種芯片的外部引腳排列完全相同，就連其內(nèi)部的電路也幾乎完全相同,，區(qū) 別僅僅是兩種芯片的內(nèi)部運(yùn)放輸入端的基準(zhǔn)源大小略微有點(diǎn)差別,，對(duì)電路的功能和性能沒有影響，因此這兩種芯片完全可以相互替代使用,，并且代換時(shí)芯片的外圍電 路的參數(shù)不必做任何的修改,。經(jīng)實(shí)際使用過程中的成功代換經(jīng)驗(yàn)，也證實(shí)了這種代換的可行性和代換后電路工作性能的可靠性,。

由于目前市場(chǎng)上已經(jīng)很難找到KA7500C芯片了,，并且即使能夠買到，其價(jià)格也至少是TL494CN芯片的兩倍以上,，因此這里介紹的使用TL494CN直 接代換KA7500C芯片的成功經(jīng)驗(yàn)和方法,，對(duì)于車載逆變器產(chǎn)品的生產(chǎn)廠商和廣大維修人員來(lái)說確實(shí)是一個(gè)很好的消息。