車載逆變器的電路維修

一 市場上常見款式車載逆變電源產(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

目前市場上銷售量最大、最常見的車載逆變電源的輸出功率為70W－150W，逆變電源電路中主要采用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電源電路原理圖見圖1。

車載逆變電源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.車載逆變電源電路工作原理

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)成車載逆變電源的核心控制電路。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％ ，負載能力為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(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 Ω～300Ω范圍內(nèi)任選，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(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，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。考慮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)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MOS管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XAC插座220V輸出端的過壓保護電路，當(dāng)輸出電壓過高時將導(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。

車載逆變電源電路中的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)車載逆變電源產(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。