汽车车载逆变器设计

详解车载逆变器使用要注意些什么

       目前配备220V电源的轿车或SUV还不到30万辆，这不仅仅是为了车型之间开班，也是为了成本。但是很多想相信的朋友基本都会在这个时候说，难道没有汽车逆变器吗？是的，车载逆变器可以很好的解决普通小家电的用电问题，但是使用车载逆变器有很多注意事项，基本不需要大家都知道。下面车系就和朋友们分享一下使用车载逆变器时应该注意的事项。

       ●如何选择适合自己的变频器？

       目前汽配城、各大电商、淘宝商家基本都充斥着种类繁多的逆变电源，便宜几十块钱，便宜几百甚至几千块钱。它能携带的最大功率从几十瓦到几百瓦不等。我们应该使用什么样的逆变器？

       刚开始对于普通家庭用户来说，买一台最大功率限制为200WW的逆变器是完全够用的，因为绝大多数家用汽车12V电源使用的保险基本上都小于等于20A，最大也是230W，甚至一些老款车型保险允许的最大电流也只有10A，所以在购买汽车逆变器时不能盲目贪图大功率。目前大部分接12V电源的逆变器只能供150W以下的电器使用。

       对于一些户外工作者和想使用大功率电器的人来说，可以选择直联电池的逆变器。这种逆变器可以被500瓦甚至更高的电器使用，可以驱动小电机、每转1000瓦的照相柔印盒等。

       至于变频器的档次，除了我们传统上看的做工材料和品牌之外。他们在表现上有不小的差别。目前市场上输出纯正弦波和准正弦波的逆变器普遍存在。其中，纯正弦波输出的逆变器价格相对较高。基本上所有的逆变器都是500元起卖。中档产品价格在1000元左右，但是性能非常稳定。稍微高端一点的产品输出的220V交流电质量甚至比我们平时用电量还要高。但准正弦波或修正正弦波等方波逆变器在大多数情况下都能保证稳定性，适合普通消费者购买，性价比相对较高。

       ●普通变频器的用途及使用时应注意什么？

       汽车12V电源保险能承受的最大电流基本不太高。当然，这个没有统一的标准。大多数情况下，每个车厂基本上都是将最大允许电流设计为15A或20A。也有少数车型，特别是一些老款，使用10A保险。所以我们在使用普通汽车使用的逆变器时，需要知道我们汽车的12V汽车电源对应的保险允许有多少电流。不要盲目贪图大功率，使用功率过高的电器，除了车内的保险会烧毁，没有其他好处。

       在日常生活中，我们的大多数数码产品，如手机、相机、电脑、平板电脑等。，充电需要非常低的功率，很少超过100瓦，所以我们不用担心使用它们。然而，像一些我们经常在公路旅行中使用的加热设备，功率很高，如吹风机，热水瓶等。，往往都在100瓦以上，而且绝对不能连接到车内的逆变器。

       逆变器作为一种不常用的车载设备，并不被很多小伙伴所熟知。有些人只是听说过，有些人以为什么电器买了价格适中就可以用，却不知道存在很多安全隐患。今天，汽车系列有这么多东西可以分享。如果你想了解更多使用车载逆变器需要注意的事项，请关注本网站！

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什么是车载逆变器？如何使用？

       长途自驾游遇到手机没电只有普通充电器，或者公务缠身笔记本电脑即将“罢工”怎么办？这时很多朋友会抱怨，哎，俺是屌丝，车也是屌丝，原厂没有配备220V电源。确实，目前30万以下，无论是轿车还是SUV，都鲜有配备220V电源的，这既是为了拉开车型之间的档次，也是出于成本考虑。不过相信很多朋友这时都会说，不是还有车载逆变器吗对，车载逆变器能很好解决普通小型家用用电器用电的问题，但使用车载逆变器讲究可不少，这些并不一定每个人都清楚。

       我们都知道，无论什么档次的车，都会配备一个或者多个12V电源，这些12V电源通常我们将其用作为为点烟器或者一些如行车记录仪等设备供电。不过因为这个电源电压很低，且是直流电，所以自然无法供普通家用使用220V交流电使用。这时你只需要花上一百多元买上一个车载逆变器就能解决小型低功率用电器的使用问题

       正弦波这类属于方波类的逆变器在大多数情况下稳定性能够得到保证，属于性价比较高的一类适合普通消费者购买的逆变器。

       ●普通逆变器的用途及使用注意事项

       汽车12V电源保险能够承受的最大电流都不会太高，当然这个没有一个统一的标准，大多数情况下，各个车厂都将最大允许电流设计为15A或者20A。也有一少部分车型，特别是一些老款车，使用10A的保险。所以我们使用普通车内使用的逆变器时，一定要知道自己的爱车12V车载电源对应的保险允许多大电流，别一味贪图高功率，使用过高的功率的用电器，除了会将你车内的保险烧毁外，没有什么其它好处。

       日常生活中我们大多数数码产品如：手机、相机、电脑、平板电脑等等充电所需要的功率都很低，少有超过100W的，可以放心使用，但像我们自驾游时常用的一些发热设备通常功率都非常高，如电吹风、热得快、电热水袋等，动辄就1000W以上，绝对不能连接车内逆变器。

       那一些高功率的想在户外使用怎么办呢，那些供大功率用电器使用的逆变器该如何使用其实也不难，当需要使用大功率用电器时(一般来说超过150W的用电器)，这时将专用的供大功率用电器使用的逆变器直接连接汽车电瓶就可以了。使用时需要注意自己电瓶容量有多大，别将电瓶内的电消耗光了导致车辆不能正常打火。

       ●总结：逆变器作为一种不是常用的车内设备，并不被很多车主所熟知。有的人只是听说，有的人以为随便买一个价格适中的插上后不管什么用电器都可以用，却不知道这其中隐藏着很多安全隐患。作为普通家用车用户，我们日常其实很少会用到逆变器，因为绝大多数时候给手机充电或者使用一些小型用电器我们就直接连接车载12V电源就足够了。只有在长途自驾游或者一些特殊时候逆变器才会以“应急救火员”的身份出场，但正因为不常用，不胜了解，在我身边发生过一些逆变器使用不当没有成功救急，反而烧掉保险的悲剧。希望通过这篇文章大家能够正确认识逆变器，正确使用逆变器。

       本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

车载逆变器的参数原理

        一、市场上常见款式车载逆变器产品的主要指标

       输入电压：DC 10V～14.5V；输出电压：AC 200V～220V±10%；输出频率：50Hz±5%；输出功率：70W ～150W；转换效率：大于85%；逆变工作频率：30kHz～50kHz。

       二、常见车载逆变器产品的电路图及工作原理

       目前市场上销售量最大、最常见的车载逆变器的输出功率为70W－150W，逆变器电路中主要采用TL494或KA7500芯片为主的脉宽调制电路。一款最常见的车载逆变器电路原理图见图1。　车载逆变器的整个电路大体上可分为两大部分，每部分各采用一只TL494或KA7500芯片组成控制电路，其中第一部分电路的作用是将汽车电瓶等提供的12V直流电，通过高频PWM （脉宽调制）开关电源技术转换成30kHz－50kHz、220V左右的交流电；第二部分电路的作用则是利用桥式整流、滤波、脉宽调制及开关功率输出等技术，将30kHz～50kHz、220V左右的交流电转换成50Hz、220V的交流电。　⒈车载逆变器电路工作原理　电路中，由芯片IC1及其外围电路、三极管VT1、VT3、MOS功率管VT2、VT4以及变压器T1组成12V直流变换为220V/50kHz交流的逆变电路。由芯片IC2及其外围电路、三极管VT5、VT8、MOS功率管VT6、VT7、VT9、VT10以及220V/50kHz整流、滤波电路VD5－VD8、C12等共同组成220V/50kHz高频交流电变换为220V/50Hz工频交流电的转换电路，最后通过XAC插座输出220V/50Hz交流电供各种便携式电器使用。IC1、IC2采用了TL494CN（或KA7500C）芯片，构成车载逆变器的核心控制电路。TL494CN是专用的双端式开关电源控制芯片，其尾缀字母CN表示芯片的封装外形为双列直插式塑封结构，工作温度范围为0℃-70℃，极限工作电源电压为7V～40V，最高工作频率为300kHz。　TL494芯片内置有5V基准源，稳压精度为5 V±5% ，负载能力为10mA，并通过其14脚进行输出供外部电路使用。TL494芯片还内置2只NPN功率输出管，可提供500mA的驱动能力。TL494芯片的内部电路。　电路中IC1的15脚外围电路的R1、C1组成上电软启动电路。上电时电容C1两端的电压由0V逐步升高，只有当C1两端电压达到5V以上时，才允许IC1内部的脉宽调制电路开始工作。当电源断电后，C1通过电阻R2放电，保证下次上电时的软启动电路正常工作。　IC1的15脚外围电路的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～300Ω范围内任选，适当选大些可提高过热保护电路启动的灵敏度。　热敏电阻Rt安装时要紧贴于MOS功率开关管VT2或VT4的金属散热片上，这样才能保证电路的过热保护功能有效。　IC1的15脚的对地电压值U是一个比较重要的参数，图1电路中U≈Vcc×R2÷ (R1+Rt+R2）V，常温下的计算值为U≈6.2V。结合图1、图2可知，正常工作情况下要求IC1的15脚电压应略高于16脚电压（与芯片14脚相连为5V），其常温下6.2V的电压值大小正好满足要求，并略留有一定的余量。　当电路工作异常，MOS功率管VT2或VT4的温升大幅提高，热敏电阻Rt的阻值超过约4kΩ时，IC1内部比较器1的输出将由低电平翻转为高电平，IC1的3脚也随即翻转为高电平状态，致使芯片内部的PWM 比较器、或门以及或非门的输出均发生翻转，输出级三极管VT1和三极管VT2均转为截止状态。当IC1内的两只功率输出管截止时，图1电路中的VT1、VT3将因基极为低电平而饱和导通，VT1、VT3导通后，功率管VT2和VT4将因栅极无正偏压而处于截止状态，逆变电源电路停止工作。　IC1的1脚外围电路的VDZ1、R5、VD1、C2、R6构成12V输入电源过压保护电路，稳压管VDZ1的稳压值决定了保护电路的启动门限电压值，VD1、C2、R6还组成保护状态维持电路，只要发生瞬间的输入电源过压现象，保护电路就会启动并维持一段时间，以确保后级功率输出管的安全。考虑到汽车行驶过程中电瓶电压的正常变化幅度大小，通常将稳压管VDZ1的稳压值选为15V或16V较为合适。　IC1的3脚外围电路的C3、R5是构成上电软启动时间维持以及电路保护状态维持的关键性电路，实际上不管是电路软启动的控制还是保护电路的启动控制，其最终结果均反映在IC1的3脚电平状态上。电路上电或保护电路启动时，IC1的3脚为高电平。当IC1的3脚为高电平时，将对电容C3充电。这导致保护电路启动的诱因消失后，C3通过R5放电，因放电所需时间较长，使得电路的保护状态仍得以维持一段时间。　当IC1的3脚为高电平时，还将沿R8、VD4对电容C7进行充电，同时将电容C7两端的电压提供给IC2的4脚，使IC2的4脚保持为高电平状态。从图2的芯片内部电路可知，当4脚为高电平时，将抬高芯片内死区时间比较器同相输入端的电位，使该比较器输出保持为恒定的高电平，经或门、或非门后使内置的三极管VT1和三极管VT2均截止。图1电路中的VT5和VT8处于饱和导通状态，其后级的MOS管VT6和VT9将因栅极无正偏压而都处于截止状态，逆变电源电路停止工作。　IC1的5脚外接电容C4（472）和6脚外接电阻R7（4k3）为脉宽调制器的定时元件，所决定的脉宽调制频率为 fosc=1.1÷ (0.0047×4.3）kHz≈50kHz。即电路中的三极管VT1、VT2、VT3、VT4、变压器T1的工作频率均为50kHz左右，因此T1应选用高频铁氧体磁芯变压器，变压器T1的作用是将12V脉冲升压为220V的脉冲，其初级匝数为20×2，次级匝数为380。　IC2的5脚外接电容C8（104）和6脚外接电阻R14（220k）为脉宽调制器的定时元件，所决定的脉宽调制频率为 fosc=1.1÷ (C8×R14）=1.1÷（0.1×220）kHz≈50Hz。　R29、R30、R27、C11、VDZ2组成XAC插座220V输出端的过压保护电路，当输出电压过高时将导致稳压管VDZ2击穿，使IC2的4脚对地电压上升，芯片IC2内的保护电路动作，切断输出。　车载逆变器电路中的MOS管VT2、VT4有一定的功耗，必须加装散热片，其他器件均不需要安装散热片。当车载逆变器产品持续应用于功率较大的场合时，需在其内部加装12V小风扇以帮助散热。

       三、车载逆变器产品的维修要点

       由于车载逆变器电路一般都具有上电软启动功能，因此在接通电源后要等5s-30s后才会有交流220V的输出，同时LED指示灯点亮。当LED指示灯不亮时，则表明逆变电路没有工作。

       当接通电源30s以上，LED指示灯还没有点亮时，则需要测量XAC输出插座处的交流电压值，若该电压值为正常的220V左右，则说明仅仅是LED指示灯部分的电路出现了故障；若经测量XAC输出插座处的交流电压值为0，则说明故障原因为逆变器前级的逆变电路没有工作，可能是芯片IC1内部的保护电路已经启动。

       判断芯片IC1内部保护电路是否启动的方法是：用万用表的直流电压挡测量芯片IC1的3脚对地直流电压值，若该电压在1V以上则说明芯片内部的保护电路已经启动了，否则说明故障原因是非保护电路动作所致。

       若芯片IC1的3脚对地电压值在1V以上，表明芯片内部的保护电路已启动时，需进一步用万用表的直流电压挡测试芯片IC1的15、16脚之间的直流电压，以及芯片IC1的1、2脚之间的直流电压。正常情况下，电路中芯片IC1的15脚对地直流电压应高于16脚对地直流电压，2脚对地的直流电压应高于1脚对地的直流电压，只有当这两个条件同时得到满足时，芯片IC1的3脚对地直流电压才能为正常的0V左右，逆变电路才能正常工作。若发现某测试电压不满足上述关系时，只需按相应支路去查找故障原因，即可解决问题。

       四、车载逆变器产品的主要元器件参数及代换

       电路中的主要器件有驱动管SS8550、KSP44，MOS功率开关管IRFZ48N、IRF740A，快恢复整流二极管HER306以及PWM 控制芯片TL494CN （或KA7500C）。　SS8550为TO-92形式封装的PNP型三极管。其引脚电极的识别方法是，当面向三极管的印字标识面时，引脚1为发射极E、2为基极B、3为集电极C。　SS8550的主要参数指标为：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）。　与TO-92形式封装的SS8550相对应的表贴器件型号为S8550LT1，其封装形式为SOT-23。　SS8550为目前市场上较为常见、易购的三极管，价格也比较便宜，单只售价仅0.3元左右。　KSP44为TO-92形式封装的NPN型三极管。其引脚电极的识别方法是，当面向三极管的印字标识面时，其引脚1为发射极E、2为基极B、3为集电极C。　KSP44的主要参数指标为：BVCBO=500V ，BVCEO=400V，VCE(S)=0.5V ，VBE(ON)=0.75V ，ICM=300mA ，PCM=0.625W ，TJ=150℃，hFE=40～200。　KSP44为电话机中常用的高压三极管，当KSP44损坏而无法买到时，可用日光灯电路中常用的三极管KSE13001进行代换。KSE13001为FAIRCHILD公司产品，主要参数为BVCBO=400V，BVCEO=400V，ICM=100mA，PCM=0.6W，hFE=40～80。KSE13001的封装形式虽然同样为TO-92，但其引脚电极的排序却与KSP44不同，这一点在代换时要特别注意。KSE13001引脚电极的识别方法是，当面向三极管的印字标识面时，其引脚电极1为基极B、2为集电极C、3为发射极E。　IRFZ48N为TO-220形式封装的N沟道增强型MOS快速功率开关管。其引脚电极排序1为栅极G、2为漏极D、3为源极S。IRFZ48N的主要参数指标为：VDss=55V，ID=66A，Ptot=140W，TJ=175℃，RDS(ON）≤16mΩ。　当IRFZ48N损坏无法买到时，可用封装形式和引脚电极排序完全相同的N沟道增强型MOS开关管IRF3205进行代换。IRF3205的主要参数为VDss=55V，ID=110A，RDS(ON）≤8mΩ。其市场售价仅为每只3元左右。　IRF740A为TO-220形式封装的N沟道增强型MOS快速功率开关管。其引脚电极排序1为栅极G、2为漏极D、3为源极S。　IRF740A的主要参数指标为：VDSS=400V ，ID=10A，Ptot=120W ，RDS(ON）≤550mΩ。　当IRF740A损坏无法买到时，可用封装形式和引脚电极排序完全相同的N 沟道增强型MOS 开关管IRF740B、IRF740或IRF730进行代换。IRF740、IRF740B的主要参数与IRF740A完全相同。IRF730的主要参数为VDSS=400V，ID=5.5A，RDS(ON）≤1Ω。其中IRF730的参数虽然与IRF740系列的相比略差，但对于150W以下功率的逆变器来说，其参数指标已经是绰绰有余了。　HER306为3A、600V的快恢复整流二极管，其反向恢复时间Trr=100ns，可用HER307（3A、800V）或者HER308（3A、1000V）进行代换。对于150W以下功率的车载逆变器，其中的快恢复二极管HER306可以用BYV26C或者最容易购买到的FR107进行代换。BYV26C为1A、600V的快恢复整流二极管，其反向恢复时间Trr=30ns；FR107为1A、1000V的快恢复整流二极管，其反向恢复时间= 100ns。从器件的反向恢复时间这一参数指标考虑，代换时选用BYV26C更为合适些。　TL494CN、KA7500C为PWM控制芯片。对目前市场上的各种车载逆变器产品进行剖析可以发现，有的车载逆变器产品中使用了两只TL494CN芯片，有的是使用了两只KA7500C芯片，还有的是两种芯片各使用了一只，更为离奇的是，有的产品中居然故弄玄虚，将其中的一只TL494CN或者KA7500C芯片的标识进行了打磨，然后标上各种古怪的芯片型号，让维修人员倍感困惑。实际上只要对照芯片的外围电路一看，就知道所用的芯片必定是TL494CN或者KA7500C。　经仔细查阅、对比TL494CN、KA7500C两种芯片的原厂pdf资料，发现这两种芯片的外部引脚排列完全相同，就连其内部的电路也几乎完全相同，区别仅仅是两种芯片的内部运放输入端的基准源大小略微有点差别，对电路的功能和性能没有影响，因此这两种芯片完全可以相互替代使用，并且代换时芯片的外围电路的参数不必做任何的修改。经实际使用过程中的成功代换经验，也证实了这种代换的可行性和代换后电路工作性能的可靠性。

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