李成華

（鶴壁職業(yè)技術(shù)學院，河南 鶴壁 458030）

邁騰B7L逆變器相關(guān)電路原理與維修

李成華

（鶴壁職業(yè)技術(shù)學院，河南 鶴壁 458030）

邁騰B7L（1.8TSI-DSG舒適版）轎車，是一汽大眾2011年生產(chǎn)的改進型邁騰，其配置了逆變器U13。此逆變器U13的功能：輸入12 V電壓，輸出220V、50Hz的交流電，額定功率150W，以滿足手機、筆記本電腦、數(shù)碼攝像機等對220 V交流電的需求。以下圍繞逆變器U13的外部電路、內(nèi)部電路、相關(guān)故障診斷與維修給予詳解。

1 逆變器U13及其外部電路

逆變器U13的外形如圖1所示。三芯插孔T3aj的1、2、3插孔分別與中央通道上的搭鐵點、熔斷絲SC31和車載電網(wǎng)控制單元J519連接。逆變器的交流電輸出插孔在中央通道后端面上，逆變器位置及外部接線電路如圖2所示。

U13的電源供電：30號正極線→SC31→2.5 mm2的紅／白線→T3aj／2→逆變器，U13的搭鐵：逆變器→T3aj／1→2.5 mm2的棕色線→中央通道上的687號搭鐵點，U13受車載電網(wǎng)控制單元J519的監(jiān)控：當U13外接負載工作時，U13通過T3aj／3→0.35 mm2的黃／黑線→J519的T52c／32與J519通信。熔斷絲SC31在C熔斷絲架的31號位，紅色15A，位置見圖3。C熔斷絲架位于駕駛員側(cè)儀表板左端。

U13的關(guān)聯(lián)電路：在線路上，發(fā)電機的L線（也就是通常所說的充電指示燈信息線、他勵線、發(fā)電機監(jiān)控線）插腳T2gc／1→0.5mm2的藍色線→插接器T4a的2號插腳T4a／2→0.5 mm2的黃／黑線→連接點B344→J519、U13；在信息上，J519通過同一根線（0.5mm2的黃／黑線）與U13和發(fā)電機相聯(lián)系，監(jiān)控發(fā)電機是否發(fā)電，判定逆變器U13是否工作，逆變器U13、J519和發(fā)電機在電氣上有關(guān)聯(lián)性。

2 逆變器U13內(nèi)部電路

圖4為逆變器U13內(nèi)部電路圖，逆變器中電子元件名稱及其參數(shù)見表1。電路圖由3部分組成：第1部分是12V直流電變換為220V／50kHz交流電的逆變電路；第2部分是220V／50kHz高頻交流電至220V／50Hz工頻交流電的轉(zhuǎn)換電路；第3部分是保護電路。

2.1 12V直流電變換為220V／50kHz交流電的逆變電路

2.1.1 核心器件

該逆變電路的核心器件包括：IC1 TL494CN、T1、T3、T2、T4和L1。

表1 逆變器中的電子元件名稱及其參數(shù)

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)，芯片內(nèi)置有5 V基準電源，還內(nèi)置2只NPN三極管，可提供500mA的對外驅(qū)動能力，外部引腳功能見表2，內(nèi)部電路如圖5所示。

表2 TL494CN外部引腳功能

T1、T3均為PNP型三極管SS8500，功率為1 W，最大通過電流為1.5 A，三極管的印字正向面對自己，從左向右數(shù)，引腳1為發(fā)射極e、引腳2為基極b、引腳3為集電極c。

T2、T4均為IRFZ48N，屬于TO-220形式封裝的N溝道增強型MOS快速場效應功率開關(guān)管。正向面對場效應管的印字標識面，從左向右數(shù)，引腳1為柵極G，引腳2為漏極D，引腳3為源極S。柵極是控制極，通過給柵極加上電壓，或不加上電壓，來控制2腳和3腳的相通或不相通，IRFZ48N屬于N溝道型，在柵極加上電壓，2腳和3腳導通，去掉電壓就關(guān)斷。IRFZ48N的主要參數(shù)指標為：UDss=55 V，ID= 66A，Ptot=140W，TJ=175℃，RDS（ON）≤16mΩ。

2.1.2 工作機理

這一部分電路的作用是將汽車蓄電池、發(fā)電機提供的12V左右的直流電，通過高頻脈寬調(diào)制開關(guān)電源技術(shù)，轉(zhuǎn)換成220V、50kHz左右的交流電。

IC1 TL494CN為脈寬調(diào)制控制的核心。其引腳13接內(nèi)部+5V電壓源，引腳8和11接外部+12V電壓源。引腳9、10的脈沖輸出方式為推挽（交替）輸出：當引腳9輸出高電平脈沖時，引腳10輸出低電平脈沖；當引腳9輸出低電平脈沖時，引腳10輸出高電平脈沖。TL494CN的5腳接電容C4（472），TL494CN的6腳接電阻R7（4.3 kΩ），C4和R7為脈寬調(diào)制器的定時元件，組成振蕩電路，使脈寬調(diào)制頻率f=1.1／（0.0047×4.3）≈50kHz，IC1通過9、10引腳帶動三極管T1、T3以及場效應功率開關(guān)管T2、T4以50kHz工作頻率工作在開關(guān)狀態(tài)：引腳9輸出高電平時T3、T4導通，L1初級繞組下部經(jīng)T4搭鐵構(gòu)成回路，電流方向向下；引腳10輸出高電平時，T1、T2導通，L1初級繞組上部經(jīng)T2搭鐵構(gòu)成回路，電流方向向上。L1初級繞組中，電流的方向交替變化，L1初級繞組、次級繞組中的磁場交替變化，L1次級繞組兩端有220V左右的感應電壓輸出。IC1 TL494CN的9、10引腳輸出的推挽調(diào)制脈沖如圖6所示。

2.1.3 關(guān)鍵測試點

1）測試集成塊IC1（TL494）引腳14處的電壓，如為5V，可以判定IC1供電及本身工作正常，否則，說明IC1、周圍電路或供電有問題。

2）測試L1輸出端的交流電壓，正常為220V左右。

2.2 220V／50kHz高頻交流電變換為220V／50Hz工頻交流電的轉(zhuǎn)換電路

2.2.1 核心器件

本部分電路中的核心器件包括：功率開關(guān)管T6、T7、T9和T10，其型號均是IRF740A；功率推動管T5、T8，其型號是KSP44；快速恢復整流二極管D5、D6、D7和D8，其型號是HER306；脈寬調(diào)制集成塊IC2 TL494CN。

1）IRF740AIRF740A為TO-220形式封裝的N溝道增強型MOS快速場效應功率開關(guān)管，當正向面對場效應管的印字標識面時，從左向右數(shù)，引腳1為柵極G，引腳2為漏極D，引腳3為源極S。IRF740A的主要參數(shù)指標：耐壓400V，額定電流10A，功率120W。當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IRF740B、IRF740或IRF730進行代換。IRF740、IRF740B的主要參數(shù)與IRF740A完全相同，IRF730的耐壓400V，額定電流5.5A，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。

2）KSP44KSP44為TO-92形式封裝的NPN型三極管，當正向面對三極管的印字標識面時，從左向右數(shù)，引腳1為發(fā)射極e，引腳2為基極b，引腳3為集電極c。KSP44的主要參數(shù)指標為：耐壓500V，額定電流300mA，功率0.625W，放大倍數(shù)40～200。KSP44為電話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進行代換。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，引腳1為基極b，2為集電極c，3為發(fā)射極e。

3）HER306HER306為額定電流3 A、耐壓600 V的快恢復整流二極管，其反向恢復時間為100 ns，可用HER307（3 A、800 V）或者HER308（3 A、1 000 V）進行代換。對于150 W以下功率的車載逆變器，其中的快恢復二極管HER306可以用BYV26C或者最容易購買到的FR107進行代換。BYV26C為額定電流1A、耐壓600V的快恢復整流二極管，其反向恢復時間為30 ns；FR107為額定電流1 A、耐壓1 000 V的快恢復整流二極管，其反向恢復時間為100 ns。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更為合適些。

2.2.2 工作機理

1）220V／50kHz高頻交流電經(jīng)快速恢復整流二極管D5、D6、D7和D8組成的全橋式整流電路，轉(zhuǎn)變成脈動的直流電，再經(jīng)過電解電容C12濾波，得到較平緩的直流電，取名為U220。

2）參考圖5，脈寬調(diào)制器IC2內(nèi)部三極管Q1、Q2的集電極分別通過IC2的8腳、11腳與開關(guān)管T5、T8的基極相連，Q1、Q2的發(fā)射極分別通過IC2的9腳、10腳搭鐵。IC2通過5腳外接電容C8（容量104）和6腳外接電阻R14（阻值220kΩ）來確定脈寬調(diào)制器的振蕩頻率，其頻率f=1.1／（C8×R14）=1.1／（0.1×220）≈50Hz，即IC2內(nèi)部三極管Q1、Q2按照50Hz的頻率交替導通。

當Q1導通→IC2的8腳電平為0 V→T8的基極電平、T10的柵極電壓為0V，T8、T10截止；T9的柵極為高電平，T9導通。與此同時Q2截止，IC2的11腳為高電平，同理可推知T5、T7導通，T6截止。負載中的電流流徑為：直流電U220的正極→T9導通→220 V輸出插座孔XAC2→負載→220V輸出插座孔XAC1→T7導通→直流電U220的負極。

當Q2導通時，同理，可推得負載中的電流流徑為：直流電U220的正極→T6導通→XAC1→負載→XAC2→T10導通→直流電U220的負極。

流過負載的電流方向伴隨Q1、Q2交替導通而交替換向，Q1、Q2按照50Hz的頻率交替導通，流過負載的電流就會按照50Hz的頻率進行換向，從而實現(xiàn)220V／50kHz高頻交流電整流為高壓直流電，再經(jīng)脈寬調(diào)制開關(guān)電路變換為220V／50Hz工頻交流電。

2.2.3 關(guān)鍵測試點

測量IC2的8腳、9腳，T5、T8的基極和T6、T7、T9、T10的柵極的波形，幅值約12V，波形參考圖6。

2.3 保護電路

1）上電軟啟動電路IC1的15腳與外圍電路的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，當C1兩端電壓達到5 V以上時，IC1內(nèi)部的脈沖調(diào)制電路開始工作。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。

2）過熱保護電路IC1的15腳與外圍電路的R1、R熱敏、R2組成過熱保護電路，R熱敏為正溫度系數(shù)熱敏電阻，常溫阻值可在150～300Ω范圍內(nèi)任選，適當選大些可提高過熱保護電路啟動的靈敏度。熱敏電阻R熱敏安裝時，要緊貼于MOS功率開關(guān)管T2或T4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腳的搭鐵電壓值U是一個比較重要的參數(shù)，參閱圖4電路，U≈Vcc×R2／（R1+R熱敏+R2），常溫下的計算值為U≈6.2V。正常工作情況下，要求IC1的15腳電壓應略高于16腳電壓（與芯片14腳相連，為5 V），其常溫下6.2 V的電壓值大小正好滿足要求，并略微有一定的余量。

當電路工作異常，MOS功率管T2或T4的溫升大幅提高，熱敏電阻R熱敏的阻值超過約4kΩ時，IC1的15腳電壓將高于16腳電壓，IC1內(nèi)部的誤差放大器2的輸出由低電平翻轉(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Q1和Q2均轉(zhuǎn)為截止狀態(tài)。當IC1內(nèi)部的2只輸出管Q1、Q2截止時，圖4電路中T1、T3將因基極為低電平而飽和導通，比較器T1、T3導通后，功率管T2、T4將因柵極無正偏壓而處于截止狀態(tài)，逆變電源電路停止工作。

3）輸入電源過壓保護電路IC1的1腳與外圍電路的DZ1、R5、D1、C2、R6構(gòu)成12V輸入電源過壓保護電路，穩(wěn)壓管DZ1的穩(wěn)壓值決定了保護電路的啟動門限電壓值。D1、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?？紤]到汽車行駛過程中蓄電池電壓的正常變化幅度大小，通常將穩(wěn)壓管DZ1的穩(wěn)壓值選為15V或16V。

4）輸出端過壓保護電路R29、R30、R27、C11、DZ2組成XAC插座220 V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DZ2擊穿，使IC2的4腳搭鐵電壓上升，芯片IC2內(nèi)的保護電路動作，切斷輸出。

5）關(guān)鍵測試點IC1的3腳與外圍電路的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。當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、D4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5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)部死區(qū)時間比較器同相輸入端的電位，使該比較器輸出保護為恒定的高電平，經(jīng)“或門”、“或非門”的邏輯計算，使內(nèi)置的三極管Q1、Q2均截止，這樣，圖4電路中的T5和T8將處于飽和導通狀態(tài)，其后級的T6和T9將因柵極無正偏壓而都處于截止狀態(tài)，逆變電源電路停止工作。

3 檢修實例

1）誤接吹風機，逆變器損壞

一輛2012年款邁騰B7L的副駕駛座位被淌上了一些礦泉水，駕駛員隨即從家中取來吹頭發(fā)用的吹風機，插在逆變器插孔上。接通吹風機開關(guān)，吹風機剛轉(zhuǎn)動數(shù)秒就停了，再插上平時用的手機充電器，充電器的電源指示燈不亮，隨后來廠報修。

接車后，測量逆變器AC插孔，無220 V電壓，測量儀表板左端熔斷絲C插座上的3號熔斷絲SC31，發(fā)現(xiàn)SC31斷路，換上同型號15 A熔斷絲，仍然無220 V交流電輸出。拆卸下逆變器，打開后，能聞到明顯的印制電路板燒糊味。經(jīng)15A的熔斷絲將逆變器連接到蓄電池上，用示波器測量IC1的8腳、10腳的波形，正常的矩形波；在萬用表黑、紅表筆上固定上探針，轉(zhuǎn)到交流700 V檔，注意安全，測量高頻變壓器L1二次側(cè)電壓，電壓約234 V；轉(zhuǎn)到直流電壓檔，測量濾波電容器C12兩端的電壓，顯示0.45V。斷開與蓄電池的連接，轉(zhuǎn)到二極管測試檔，測量印制線路板4只高壓高頻整流二極管，D7、D5斷路，用電烙鐵和吸錫器取下燒毀的2只二極管，用放大鏡觀察，2只管子上有裂紋，型號為HER306。打電話給賣電子配件的朋友，無貨，有功率小些的同類二極管FR107，買了2只，焊好后，接上蓄電池，逆變器輸出正常，隨后從網(wǎng)上訂了10只HER306，以備后用。

經(jīng)與客戶商量，先這樣臨時使用，等配件到貨后再換上同型號的二極管，并與客戶共同翻閱了車輛使用手冊上有關(guān)逆變器部分的內(nèi)容，告誡客戶以后不要再在車上使用大功率220V用電器了。

2）逆變器連接導線破損造成發(fā)電機指示燈點亮

一輛行駛里程約15000 km的2011年款邁騰B7L轎車，其車主反映：該車發(fā)電機指示燈由偶爾閃亮變成一直常亮。

接車后，首先利用診斷儀檢測整個網(wǎng)關(guān)列表，整個網(wǎng)關(guān)列表中的所有電控系統(tǒng)正常。利用萬用表實際測量蓄電池電壓12.7 V，起動著車以后，蓄電池電壓沒有增加，并且儀表發(fā)電機指示燈常亮，發(fā)電機不發(fā)電。替換發(fā)電機、J519，查看編碼等，故障依舊。反復重新起動路試（客戶反映有時行駛時發(fā)動機指示燈閃亮），當熄火重新再次起動著車以后，發(fā)電機指示燈又熄滅了，再次測量蓄電池電壓以及發(fā)電機輸出端，又可以正常發(fā)電。反復模擬故障狀態(tài)使其指示燈常亮。

參閱圖2，查看發(fā)電機L和DFM線路正常，測量J519的T52c／32至發(fā)電機T2gc／1之間連接，正常。

當指示燈常亮以及讀取發(fā)電機不發(fā)電時的數(shù)據(jù)流，01-08-053組數(shù)據(jù)流4區(qū)只有12%，而對比正常車輛的發(fā)電機負荷為46.3%。

懷疑車身線束中有對搭鐵短路的地方。由于整車線束過于龐大，故查看電路圖，將J519連接到發(fā)電機上的T2插接器斷開，跨接一根連接線到發(fā)電機的T2／1腳，固定好，接通點火鑰匙，結(jié)果儀表上發(fā)電機的指示燈熄滅，測量發(fā)動機2 500 r／min時的發(fā)電量，正常。接下來查看電路圖，查找對搭鐵短路的位置。

斷開U13逆變器，故障依舊，當拉動連接U13線束時，發(fā)電機的L線不再對搭鐵短路。進一步查找發(fā)現(xiàn)，在中央扶手箱處U13的B344連接線與車身部位磨破搭鐵。修復此處搭鐵點，故障排除。

總之，逆變器作為汽車電器的新成員，其自身或關(guān)聯(lián)電路，均可能成為汽車電器故障的新源頭。

（編輯 楊景）

U463.6

B

1003－8639（2014）07－0024－05

2013-07-22；

2013-08-03

李成華（1970-），男，本科，高級實習指導教師，多家4S店技術(shù)培訓師，主要從事汽車電腦、汽車儀表、汽車電氣、自動變速器與汽車電路等汽車電控方面的高端維修。