一、市场常见款式车载逆变电源的主要指标:输入电压 DC 10 V~14.5 V;输出电压 AC 200 V~220 V±10%;输出频率 50 Hz±5%;输出功率 70 W~150 W;转换效率大于 85%;逆变工作频率 30 kHz~50 kHz。
二、常见车载逆变器电路及工作原理:市场上销量最大、最常见的车载逆变电源输出功率 70 W~150 W,其电路主要采用 TL494 或 KA7500 芯片为主的脉宽调制电路。整机大体可分为两大部分,各采用一只 TL494 或 KA7500 芯片组成控制电路:第一部分将汽车电瓶提供的 12 V 直流,通过高频 PWM 开关电源技术转换成 30 kHz~50 kHz、220 V 左右的交流电;第二部分利用桥式整流、滤波、脉宽调制及开关功率输出等技术,将 30 kHz~50 kHz、220 V 左右的交流电转换成 50 Hz、220 V 的交流电。
1. 工作原理(图 1):由 IC1 及其外围电路、三极管 VT1、VT3、MOS 功率管 VT2、VT4 及变压器 T1 组成 12 V 直流变换为 220 V/50 kHz 交流的逆变电路;由 IC2 及其外围电路、三极管 VT5、VT8、MOS 功率管 VT6、VT7、VT9、VT10 及 220 V/50 kHz 整流滤波电路(VD5~VD8、C12)等组成 220 V/50 kHz 高频交流变换为 220 V/50 Hz 工频交流的转换电路,最后经 XAC 插座输出 220 V/50 Hz 交流电。
IC1、IC2 采用 TL494CN(或 KA7500C),是专用双端式开关电源控制芯片。尾缀 CN 表示双列直插式塑封结构,工作温度 0~70 ℃,极限电源电压 7 V~40 V,最高工作频率 300 kHz。TL494 内置 5 V 基准源(稳压精度 5 V±5%、负载能力 10 mA,经 14 脚输出),并内置 2 只 NPN 功率输出管、驱动能力 500 mA。
IC1 的 15 脚外围 R1、C1 组成上电软启动电路:上电时 C1 两端电压由 0 V 逐步升高,只有达 5 V 以上才允许内部脉宽调制电路开始工作;断电后 C1 经 R2 放电,保证下次软启动正常。IC1 的 15 脚外围 R1、Rt、R2 组成过热保护电路,Rt 为正温度系数热敏电阻,常温阻值可在 150 Ω~300 Ω 间任选,适当选大些可提高灵敏度;Rt 须紧贴于 MOS 功率管 VT2 或 VT4 的金属散热片上。IC1 的 15 脚对地电压 U 是重要参数,图 1 中 U≈Vcc×R2÷(R1+Rt+R2),常温计算值约 6.2 V;正常工作要求 15 脚电压略高于 16 脚(与 14 脚相连的 5 V),常温 6.2 V 满足并留有少许余量。当电路异常、功率管温升大幅提高、Rt 阻值超过约 4 kΩ 时,IC1 内部比较器 1 输出由低翻高,3 脚随即翻高,内部 PWM 比较器、“或”门及“或非”门输出均翻转,输出级 VT1、VT2 转为截止;图 1 中 VT1、VT3 因基极低电平而饱和导通,功率管 VT2、VT4 因栅极无正偏压而截止,逆变电路停止工作。
IC1 的 1 脚外围 VDZ1、R5、VD1、C2、R6 构成 12 V 输入电源过压保护电路,VDZ1 稳压值决定保护启动门限;VD1、C2、R6 组成保护状态维持电路,一旦发生瞬间过压即启动并维持一段时间,确保后级功率管安全。因汽车行驶中电瓶电压正常变化幅度有限,VDZ1 稳压值一般选 15 V 或 16 V。IC1 的 3 脚外围 C3、R5 是上电软启动时间维持及保护状态维持的关键电路:电路上电或保护启动时 3 脚为高电平并对 C3 充电;保护诱因消失后 C3 经 R5 放电、因放电时间较长使保护状态维持一段时间。当 3 脚为高电平时,还沿 R8、VD4 对 C7 充电,并将 C7 两端电压提供给 IC2 的 4 脚使其保持高电平;依图 2 内部电路,4 脚高电平抬高死区时间比较器同相端电位,使其输出恒定高电平,经“或”门、“或非”门使内置 VT1、VT2 截止;图 1 中 VT5、VT8 饱和导通、后级 MOS 管 VT6、VT9 因栅极无正偏压而截止,逆变电路停止工作。
IC1 的 5 脚外接电容 C4(472)与 6 脚外接电阻 R7(4k3)为脉宽调制器定时元件,决定调制频率 fosc=1.1÷(0.0047×4.3)kHz≈50 kHz,即 VT1~VT4、变压器 T1 工作频率约 50 kHz;T1 应选用高频铁氧体磁芯变压器,作用是将 12 V 脉冲升压为 220 V 脉冲,初级 20×2 匝、次级 380 匝。IC2 的 5 脚外接 C8(104)与 6 脚外接 R14(220k)决定频率 fosc=1.1÷(0.1×220)kHz≈50 Hz。R29、R30、R27、C11、VDZ2 组成 XAC 插座 220 V 输出端过压保护电路,输出电压过高时稳压管 VDZ2 击穿、IC2 的 4 脚对地电压上升、保护电路动作切断输出。车载逆变电源的 MOS 管 VT2、VT4 有一定功耗,须加装散热片,其他器件不需;持续大功率应用时需在内部加装 12 V 小风扇帮助散热。
2. 元器件参数:电路中各元件参数列于附表。


