迈腾B7L逆变器相关电路原理与维修

李成华

（鹤壁职业技术学院，河南 鹤壁 458030）

迈腾B7L逆变器相关电路原理与维修

李成华

（鹤壁职业技术学院，河南 鹤壁 458030）

迈腾B7L（1.8TSI-DSG舒适版）轿车，是一汽大众2011年生产的改进型迈腾，其配置了逆变器U13。此逆变器U13的功能：输入12 V电压，输出220V、50Hz的交流电，额定功率150W，以满足手机、笔记本电脑、数码摄像机等对220 V交流电的需求。以下围绕逆变器U13的外部电路、内部电路、相关故障诊断与维修给予详解。

1 逆变器U13及其外部电路

逆变器U13的外形如图1所示。三芯插孔T3aj的1、2、3插孔分别与中央通道上的搭铁点、熔断丝SC31和车载电网控制单元J519连接。逆变器的交流电输出插孔在中央通道后端面上，逆变器位置及外部接线电路如图2所示。

U13的电源供电：30号正极线→SC31→2.5 mm2的红／白线→T3aj／2→逆变器，U13的搭铁：逆变器→T3aj／1→2.5 mm2的棕色线→中央通道上的687号搭铁点，U13受车载电网控制单元J519的监控：当U13外接负载工作时，U13通过T3aj／3→0.35 mm2的黄／黑线→J519的T52c／32与J519通信。熔断丝SC31在C熔断丝架的31号位，红色15A，位置见图3。C熔断丝架位于驾驶员侧仪表板左端。

U13的关联电路：在线路上，发电机的L线（也就是通常所说的充电指示灯信息线、他励线、发电机监控线）插脚T2gc／1→0.5mm2的蓝色线→插接器T4a的2号插脚T4a／2→0.5 mm2的黄／黑线→连接点B344→J519、U13；在信息上，J519通过同一根线（0.5mm2的黄／黑线）与U13和发电机相联系，监控发电机是否发电，判定逆变器U13是否工作，逆变器U13、J519和发电机在电气上有关联性。

2 逆变器U13内部电路

图4为逆变器U13内部电路图，逆变器中电子元件名称及其参数见表1。电路图由3部分组成：第1部分是12V直流电变换为220V／50kHz交流电的逆变电路；第2部分是220V／50kHz高频交流电至220V／50Hz工频交流电的转换电路；第3部分是保护电路。

2.1 12V直流电变换为220V／50kHz交流电的逆变电路

2.1.1 核心器件

该逆变电路的核心器件包括：IC1 TL494CN、T1、T3、T2、T4和L1。

表1 逆变器中的电子元件名称及其参数

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，芯片内置有5 V基准电源，还内置2只NPN三极管，可提供500mA的对外驱动能力，外部引脚功能见表2，内部电路如图5所示。

表2 TL494CN外部引脚功能

T1、T3均为PNP型三极管SS8500，功率为1 W，最大通过电流为1.5 A，三极管的印字正向面对自己，从左向右数，引脚1为发射极e、引脚2为基极b、引脚3为集电极c。

T2、T4均为IRFZ48N，属于TO-220形式封装的N沟道增强型MOS快速场效应功率开关管。正向面对场效应管的印字标识面，从左向右数，引脚1为栅极G，引脚2为漏极D，引脚3为源极S。栅极是控制极，通过给栅极加上电压，或不加上电压，来控制2脚和3脚的相通或不相通，IRFZ48N属于N沟道型，在栅极加上电压，2脚和3脚导通，去掉电压就关断。IRFZ48N的主要参数指标为：UDss=55 V，ID= 66A，Ptot=140W，TJ=175℃，RDS（ON）≤16mΩ。

2.1.2 工作机理

这一部分电路的作用是将汽车蓄电池、发电机提供的12V左右的直流电，通过高频脉宽调制开关电源技术，转换成220V、50kHz左右的交流电。

IC1 TL494CN为脉宽调制控制的核心。其引脚13接内部+5V电压源，引脚8和11接外部+12V电压源。引脚9、10的脉冲输出方式为推挽（交替）输出：当引脚9输出高电平脉冲时，引脚10输出低电平脉冲；当引脚9输出低电平脉冲时，引脚10输出高电平脉冲。TL494CN的5脚接电容C4（472），TL494CN的6脚接电阻R7（4.3 kΩ），C4和R7为脉宽调制器的定时元件，组成振荡电路，使脉宽调制频率f=1.1／（0.0047×4.3）≈50kHz，IC1通过9、10引脚带动三极管T1、T3以及场效应功率开关管T2、T4以50kHz工作频率工作在开关状态：引脚9输出高电平时T3、T4导通，L1初级绕组下部经T4搭铁构成回路，电流方向向下；引脚10输出高电平时，T1、T2导通，L1初级绕组上部经T2搭铁构成回路，电流方向向上。L1初级绕组中，电流的方向交替变化，L1初级绕组、次级绕组中的磁场交替变化，L1次级绕组两端有220V左右的感应电压输出。IC1 TL494CN的9、10引脚输出的推挽调制脉冲如图6所示。

2.1.3 关键测试点

1）测试集成块IC1（TL494）引脚14处的电压，如为5V，可以判定IC1供电及本身工作正常，否则，说明IC1、周围电路或供电有问题。

2）测试L1输出端的交流电压，正常为220V左右。

2.2 220V／50kHz高频交流电变换为220V／50Hz工频交流电的转换电路

2.2.1 核心器件

本部分电路中的核心器件包括：功率开关管T6、T7、T9和T10，其型号均是IRF740A；功率推动管T5、T8，其型号是KSP44；快速恢复整流二极管D5、D6、D7和D8，其型号是HER306；脉宽调制集成块IC2 TL494CN。

1）IRF740AIRF740A为TO-220形式封装的N沟道增强型MOS快速场效应功率开关管，当正向面对场效应管的印字标识面时，从左向右数，引脚1为栅极G，引脚2为漏极D，引脚3为源极S。IRF740A的主要参数指标：耐压400V，额定电流10A，功率120W。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的耐压400V，额定电流5.5A，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。

2）KSP44KSP44为TO-92形式封装的NPN型三极管，当正向面对三极管的印字标识面时，从左向右数，引脚1为发射极e，引脚2为基极b，引脚3为集电极c。KSP44的主要参数指标为：耐压500V，额定电流300mA，功率0.625W，放大倍数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，引脚1为基极b，2为集电极c，3为发射极e。

3）HER306HER306为额定电流3 A、耐压600 V的快恢复整流二极管，其反向恢复时间为100 ns，可用HER307（3 A、800 V）或者HER308（3 A、1 000 V）进行代换。对于150 W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为额定电流1A、耐压600V的快恢复整流二极管，其反向恢复时间为30 ns；FR107为额定电流1 A、耐压1 000 V的快恢复整流二极管，其反向恢复时间为100 ns。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。

2.2.2 工作机理

1）220V／50kHz高频交流电经快速恢复整流二极管D5、D6、D7和D8组成的全桥式整流电路，转变成脉动的直流电，再经过电解电容C12滤波，得到较平缓的直流电，取名为U220。

2）参考图5，脉宽调制器IC2内部三极管Q1、Q2的集电极分别通过IC2的8脚、11脚与开关管T5、T8的基极相连，Q1、Q2的发射极分别通过IC2的9脚、10脚搭铁。IC2通过5脚外接电容C8（容量104）和6脚外接电阻R14（阻值220kΩ）来确定脉宽调制器的振荡频率，其频率f=1.1／（C8×R14）=1.1／（0.1×220）≈50Hz，即IC2内部三极管Q1、Q2按照50Hz的频率交替导通。

当Q1导通→IC2的8脚电平为0 V→T8的基极电平、T10的栅极电压为0V，T8、T10截止；T9的栅极为高电平，T9导通。与此同时Q2截止，IC2的11脚为高电平，同理可推知T5、T7导通，T6截止。负载中的电流流径为：直流电U220的正极→T9导通→220 V输出插座孔XAC2→负载→220V输出插座孔XAC1→T7导通→直流电U220的负极。

当Q2导通时，同理，可推得负载中的电流流径为：直流电U220的正极→T6导通→XAC1→负载→XAC2→T10导通→直流电U220的负极。

流过负载的电流方向伴随Q1、Q2交替导通而交替换向，Q1、Q2按照50Hz的频率交替导通，流过负载的电流就会按照50Hz的频率进行换向，从而实现220V／50kHz高频交流电整流为高压直流电，再经脉宽调制开关电路变换为220V／50Hz工频交流电。

2.2.3 关键测试点

测量IC2的8脚、9脚，T5、T8的基极和T6、T7、T9、T10的栅极的波形，幅值约12V，波形参考图6。

2.3 保护电路

1）上电软启动电路IC1的15脚与外围电路的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，当C1两端电压达到5 V以上时，IC1内部的脉冲调制电路开始工作。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。

2）过热保护电路IC1的15脚与外围电路的R1、R热敏、R2组成过热保护电路，R热敏为正温度系数热敏电阻，常温阻值可在150～300Ω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R热敏安装时，要紧贴于MOS功率开关管T2或T4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脚的搭铁电压值U是一个比较重要的参数，参阅图4电路，U≈Vcc×R2／（R1+R热敏+R2），常温下的计算值为U≈6.2V。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5 V），其常温下6.2 V的电压值大小正好满足要求，并略微有一定的余量。

当电路工作异常，MOS功率管T2或T4的温升大幅提高，热敏电阻R热敏的阻值超过约4kΩ时，IC1的15脚电压将高于16脚电压，IC1内部的误差放大器2的输出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，致使芯片内部的比较器、“或门”以及“或非门”的输出均发生翻转，输出级三极管Q1和Q2均转为截止状态。当IC1内部的2只输出管Q1、Q2截止时，图4电路中T1、T3将因基极为低电平而饱和导通，比较器T1、T3导通后，功率管T2、T4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。

3）输入电源过压保护电路IC1的1脚与外围电路的DZ1、R5、D1、C2、R6构成12V输入电源过压保护电路，稳压管DZ1的稳压值决定了保护电路的启动门限电压值。D1、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蓄电池电压的正常变化幅度大小，通常将稳压管DZ1的稳压值选为15V或16V。

4）输出端过压保护电路R29、R30、R27、C11、DZ2组成XAC插座220 V输出端的过压保护电路，当输出电压过高时，将导致稳压管DZ2击穿，使IC2的4脚搭铁电压上升，芯片IC2内的保护电路动作，切断输出。

5）关键测试点IC1的3脚与外围电路的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。当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、D4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5的芯片内部电路可知，当4脚为高电平时，将抬高芯片内部死区时间比较器同相输入端的电位，使该比较器输出保护为恒定的高电平，经“或门”、“或非门”的逻辑计算，使内置的三极管Q1、Q2均截止，这样，图4电路中的T5和T8将处于饱和导通状态，其后级的T6和T9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。

3 检修实例

1）误接吹风机，逆变器损坏

一辆2012年款迈腾B7L的副驾驶座位被淌上了一些矿泉水，驾驶员随即从家中取来吹头发用的吹风机，插在逆变器插孔上。接通吹风机开关，吹风机刚转动数秒就停了，再插上平时用的手机充电器，充电器的电源指示灯不亮，随后来厂报修。

接车后，测量逆变器AC插孔，无220 V电压，测量仪表板左端熔断丝C插座上的3号熔断丝SC31，发现SC31断路，换上同型号15 A熔断丝，仍然无220 V交流电输出。拆卸下逆变器，打开后，能闻到明显的印制电路板烧糊味。经15A的熔断丝将逆变器连接到蓄电池上，用示波器测量IC1的8脚、10脚的波形，正常的矩形波；在万用表黑、红表笔上固定上探针，转到交流700 V档，注意安全，测量高频变压器L1二次侧电压，电压约234 V；转到直流电压档，测量滤波电容器C12两端的电压，显示0.45V。断开与蓄电池的连接，转到二极管测试档，测量印制线路板4只高压高频整流二极管，D7、D5断路，用电烙铁和吸锡器取下烧毁的2只二极管，用放大镜观察，2只管子上有裂纹，型号为HER306。打电话给卖电子配件的朋友，无货，有功率小些的同类二极管FR107，买了2只，焊好后，接上蓄电池，逆变器输出正常，随后从网上订了10只HER306，以备后用。

经与客户商量，先这样临时使用，等配件到货后再换上同型号的二极管，并与客户共同翻阅了车辆使用手册上有关逆变器部分的内容，告诫客户以后不要再在车上使用大功率220V用电器了。

2）逆变器连接导线破损造成发电机指示灯点亮

一辆行驶里程约15000 km的2011年款迈腾B7L轿车，其车主反映：该车发电机指示灯由偶尔闪亮变成一直常亮。

接车后，首先利用诊断仪检测整个网关列表，整个网关列表中的所有电控系统正常。利用万用表实际测量蓄电池电压12.7 V，起动着车以后，蓄电池电压没有增加，并且仪表发电机指示灯常亮，发电机不发电。替换发电机、J519，查看编码等，故障依旧。反复重新起动路试（客户反映有时行驶时发动机指示灯闪亮），当熄火重新再次起动着车以后，发电机指示灯又熄灭了，再次测量蓄电池电压以及发电机输出端，又可以正常发电。反复模拟故障状态使其指示灯常亮。

参阅图2，查看发电机L和DFM线路正常，测量J519的T52c／32至发电机T2gc／1之间连接，正常。

当指示灯常亮以及读取发电机不发电时的数据流，01-08-053组数据流4区只有12%，而对比正常车辆的发电机负荷为46.3%。

怀疑车身线束中有对搭铁短路的地方。由于整车线束过于庞大，故查看电路图，将J519连接到发电机上的T2插接器断开，跨接一根连接线到发电机的T2／1脚，固定好，接通点火钥匙，结果仪表上发电机的指示灯熄灭，测量发动机2 500 r／min时的发电量，正常。接下来查看电路图，查找对搭铁短路的位置。

断开U13逆变器，故障依旧，当拉动连接U13线束时，发电机的L线不再对搭铁短路。进一步查找发现，在中央扶手箱处U13的B344连接线与车身部位磨破搭铁。修复此处搭铁点，故障排除。

总之，逆变器作为汽车电器的新成员，其自身或关联电路，均可能成为汽车电器故障的新源头。

（编辑 杨景）

U463.6

B

1003－8639（2014）07－0024－05

2013-07-22；

2013-08-03

李成华（1970-），男，本科，高级实习指导教师，多家4S店技术培训师，主要从事汽车电脑、汽车仪表、汽车电气、自动变速器与汽车电路等汽车电控方面的高端维修。