拆解大功率逆變器!內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)長(zhǎng)啥樣?

逆變器產(chǎn)品是一種能夠?qū)崿F(xiàn)電力轉(zhuǎn)換，將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的設(shè)備。

本次Big-Bit拆解將拆解一款來(lái)自海前派的12V/24V-3600W帶顯示屏逆變器產(chǎn)品，并分析逆變器產(chǎn)品的電路結(jié)構(gòu)與元器件選型。

海前派逆變器產(chǎn)品介紹

從包裝上可以得知這款逆變器產(chǎn)品的產(chǎn)品信息如下：

逆變器產(chǎn)品品名：逆變器12V/24V-3600W帶顯示屏

逆變器產(chǎn)品生產(chǎn)廠商：東莞市奮力電子有限公司

逆變器產(chǎn)品產(chǎn)品用途：直流轉(zhuǎn)換交流移動(dòng)供電、小型電池轉(zhuǎn)換交流、電動(dòng)車電池轉(zhuǎn)換交流、貨車電池轉(zhuǎn)換交流、蓄電池轉(zhuǎn)換交流

逆變器產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)：12V直流電轉(zhuǎn)換115V交流電、12V直流電轉(zhuǎn)換220V交流電、24V直流電轉(zhuǎn)換220V交流電、12V/24V通用轉(zhuǎn)換220V交流電、48V/60V/72V通用轉(zhuǎn)換220V交流電。

打開包裝后，里面是逆變器產(chǎn)品本體以及配套的交直流轉(zhuǎn)換電線。

產(chǎn)品正面特寫，可知這款逆變器產(chǎn)品有防反接保護(hù)功能。

逆變器產(chǎn)品特寫，可以看到散熱風(fēng)扇口，以及用于接電線的兩個(gè)端口。

逆變器產(chǎn)品另一端特寫，可以見到一個(gè)品字形插口、一個(gè)USB接口、一個(gè)開關(guān)按鈕、一塊顯示屏。

電線特寫，第一根用于通用的交直流轉(zhuǎn)換，第二根用于與汽車之間的交直流轉(zhuǎn)換。接下來(lái)進(jìn)入產(chǎn)品拆解環(huán)節(jié)。

海前派逆變器產(chǎn)品拆解

暴力拆解逆變器之后，剪斷電線，拿出其中的電路板與散熱風(fēng)扇部分。拆解完畢后，我們發(fā)現(xiàn)逆變器由三塊電路板構(gòu)成，最大的這塊電路板集控制與電源驅(qū)動(dòng)功能于一體，逆變器機(jī)身側(cè)邊的電路板是一塊按鍵顯示板，散熱風(fēng)扇中還有一塊圓形的電機(jī)驅(qū)動(dòng)板。

1、主控驅(qū)動(dòng)板

這是整臺(tái)逆變器最核心的部分，負(fù)責(zé)電能的“變壓”和“轉(zhuǎn)換”：

將電池輸入的低壓直流電，通過(guò)多組功率開關(guān)管元器件產(chǎn)品進(jìn)行高壓切換，驅(qū)動(dòng)變壓器元器件產(chǎn)品升壓，經(jīng)修正后得到高壓直流電。

控制芯片元器件產(chǎn)品負(fù)責(zé)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，并根據(jù)負(fù)載大小自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出，保證電壓穩(wěn)定。

集成了一系列感應(yīng)電路，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電流和電壓，一旦發(fā)現(xiàn)逆變器異常(如過(guò)載、短路)就會(huì)立即切斷電路。同時(shí)，繼電器元器件產(chǎn)品會(huì)在啟動(dòng)瞬間起到緩沖作用，保護(hù)逆變器電路不被強(qiáng)電流沖擊。

2、按鍵顯示板

這塊電路板負(fù)責(zé)“顯示”和“反饋”：

通過(guò)板載的穩(wěn)壓芯片元器件產(chǎn)品獲取穩(wěn)定電源，將主板采集到的輸入輸出電壓、頻率等數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為你在逆變器屏幕上看到的數(shù)字。

接收按鍵信號(hào)，并反饋給主控電路，實(shí)現(xiàn)逆變器開關(guān)機(jī)、參數(shù)切換等操作。

3、風(fēng)扇電機(jī)驅(qū)動(dòng)板

負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)散熱風(fēng)扇的電機(jī)：

模塊上的驅(qū)動(dòng)芯片元器件產(chǎn)品根據(jù)內(nèi)部霍爾元件電感或主控指令，控制逆變器風(fēng)扇的開啟與轉(zhuǎn)速。

在溫度過(guò)高時(shí)，它會(huì)配合逆變器主板強(qiáng)制保護(hù)，防止逆變器核心元器件因高溫發(fā)生不可逆的損壞，是逆變器產(chǎn)品長(zhǎng)效工作的保證。

海前派逆變器元器件解析

先看這塊集控制和電源驅(qū)動(dòng)于一體的電路板，其尺寸大約為91.4mm×160.8mm。已知元器件產(chǎn)品如下：MOSFET元器件、快恢復(fù)二極管元器件、電磁繼電器元器件、運(yùn)算放大器元器件、整流二極管元器件、電壓模式PWM控制芯片元器件、齊納二極管元器件。

MOSFET元器件分別來(lái)自KER以及華羿微電子。

先看來(lái)自KEF18N50(KER)。這款MOS目前找不到技術(shù)手冊(cè)，無(wú)法獲知具體的參數(shù)信息。

再看HYG065N07(華羿微電子)。

這款MOS元器件的關(guān)鍵參數(shù)如下：漏源電壓70V，連續(xù)漏極電流100A，導(dǎo)通電阻低至5.5mΩ。該N溝道MOSFET作為核心功率開關(guān)器件，負(fù)責(zé)將電池輸入的12V/24V直流電斬波為高頻轉(zhuǎn)換電以驅(qū)動(dòng)變壓器升壓;或者作為輸入端的防反接保護(hù)管。

還有HY1908(華羿微電子)。

元器件關(guān)鍵參數(shù)如下：漏源電壓80V，連續(xù)漏極電流90A，典型導(dǎo)通電阻7mΩ。這款MOS由于其80V的耐壓比上一代(70V)較高，它通常用于承受電壓波動(dòng)更大的24V電池輸入回路，作為DC-DC升壓電路的推挽開關(guān)管。

快恢復(fù)二極管元器件絲印為ES5J，封裝形式為SMC/SMB。無(wú)法通過(guò)絲印查找到這款二極管具體的廠商與參數(shù)信息。

電磁繼電器元器件絲印為T73 JQC-3FF-S-Z 12VDC 10A (通靈電器)。

元器件關(guān)鍵參數(shù)如下：額定負(fù)載10A 250VAC / 15A 125VAC，最大轉(zhuǎn)換電流15A，機(jī)械消耗達(dá)到1000萬(wàn)次。該繼電器通常位于高壓直流母線或交流輸出端。其最常見的作用是作為軟啟動(dòng)旁路開關(guān)：在開機(jī)瞬間，電路先通過(guò)電阻對(duì)電容緩慢充電，待電壓穩(wěn)定后，該繼電器吸合將電阻短路，從而防止浪涌電流燒毀級(jí)功率管。或者作為輸出保護(hù)繼電器，在故障時(shí)物理輸出切斷220V以保護(hù)負(fù)載。

運(yùn)算放大器元器件型號(hào)為L(zhǎng)M324G-S14-T(友順科技)。其關(guān)鍵參數(shù)如下：寬工作電壓3V~40V，直流電壓增益100dB，內(nèi)部集成4路放大器電路。

該元器件位于控制板信號(hào)調(diào)理電路。利用其四路獨(dú)立運(yùn)放單元，分別實(shí)現(xiàn)：1.電流采樣放大(將分流器/銅絲的毫伏級(jí)壓降放大至MCU可采樣的電壓范圍);2.電壓 滯回比較器(用于電池欠壓/過(guò)壓硬件保護(hù));3.溫度信號(hào)處理(配合NTC熱敏電阻進(jìn)行過(guò)溫保護(hù)邏輯判定)。

整流二極管元器件的絲印為M7。無(wú)法通過(guò)絲印查找到其具體的廠商與技術(shù)參數(shù)。

電壓模式PWM控制芯片元器件型號(hào)為TL494G(友順科技)。其關(guān)鍵參數(shù)如下：寬工作電壓范圍7V~40V，集成5V精密基準(zhǔn)電壓源與雙路驅(qū)動(dòng)器;輸出驅(qū)動(dòng)電流能力達(dá)到200mA，支持單端或推挽輸出模式，最高振蕩頻率達(dá)到300kHz。

該元器件是升壓器的前級(jí)DC-DC升壓電路核心控制器 它通過(guò)外部電阻電容設(shè)定振蕩頻率，產(chǎn)生高頻PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)低壓側(cè)功率開關(guān)管執(zhí)行推挽升壓轉(zhuǎn)換同時(shí)，它利用其死區(qū)時(shí)間控制引腳防止電源管直通損壞，并結(jié)合內(nèi)部放大器實(shí)現(xiàn)高壓母線的閉環(huán)穩(wěn)壓反饋與軟啟動(dòng)功能。

齊納二極管元器件型號(hào)為MCC349B(美微科半導(dǎo)體)：額定功耗為5.0W (在TL=75℃時(shí))，電壓覆蓋范圍5.1V至200V，具有高達(dá)180W的峰值浪涌功率承受能力。

該元器件主要負(fù)責(zé)過(guò)壓鉗位與局部穩(wěn)壓。它通常配置在控制電源側(cè)，為PWM控制器或放大器等集成電路提供穩(wěn)定的基準(zhǔn)偏置電壓;同時(shí)，它也常并聯(lián)在功率MOSFET的柵源極之間作為保護(hù)二極管，利用其反向擊穿特性鉗位瞬態(tài)尖峰電壓，防止絕緣層被擊穿，保證大功率MOSFET(開關(guān)管)的可靠性。

接下來(lái)看按鍵顯示板，尺寸為30.3mm×10.3mm。電路板上已知元器件為L(zhǎng)DO穩(wěn)壓芯片。

絲印完全模糊，無(wú)法得知元器件的相關(guān)信息。

LDO穩(wěn)壓芯片型號(hào)為L(zhǎng)R33A8341(朗瑞半導(dǎo)體)。其關(guān)鍵參數(shù)為：最高可承受40V的輸入電壓，最大輸出電流為100mA，輸出電壓精度達(dá)±2%。

LR8341的核心任務(wù)使電路接通接通的高壓直流電(如通過(guò)變壓器降壓或電池直接輸入的電壓)降壓鎖定并在固定的低電壓(如3.3V或5V)。并且利用其內(nèi)置的保護(hù)機(jī)制，當(dāng)接地顯示板或開關(guān)電路發(fā)生微短路時(shí)，LR8341能起到隔離保護(hù)作用，防止故障蔓延至主電源電路。

最后是散熱風(fēng)扇的電機(jī)驅(qū)動(dòng)板。上面只有一個(gè)單相直流風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)器。

這個(gè)單相直流風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)元器件產(chǎn)品來(lái)自燦瑞科技。其關(guān)鍵參數(shù)如下：工作電壓范圍3V~24V。集成霍爾傳感器及2.8Ω低內(nèi)阻全橋驅(qū)動(dòng)器;支持最大350mA驅(qū)動(dòng)電流，內(nèi)置電源反接保護(hù)及160°C過(guò)溫保護(hù)功能。

該元器件產(chǎn)品是驅(qū)動(dòng)散熱風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)核心，它利用內(nèi)置霍爾元件感應(yīng)磁極并直接驅(qū)動(dòng)直流無(wú)刷電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。高集成度方案簡(jiǎn)化了外圍電路，無(wú)需額外加裝防反即可確保風(fēng)扇系統(tǒng)安全。在逆變器大功率運(yùn)行產(chǎn)生熱量時(shí)，該元器件產(chǎn)品負(fù)責(zé)控制主動(dòng)散熱，是功率維持模塊熱穩(wěn)定、防止系統(tǒng)過(guò)溫保護(hù)的關(guān)鍵部件。

Big-Bit拆解總結(jié)

本次拆解的逆變器進(jìn)行了典型的直流-直流升壓與直流-交流逆變兩級(jí)變換架構(gòu)。整個(gè)電能轉(zhuǎn)換過(guò)程始于低壓直流電的輸入，通過(guò)精密的脈寬調(diào)制與閉環(huán)反饋邏輯輸出穩(wěn)定的交流電。

電流輸入與初級(jí)DC-DC升壓級(jí)：電能從12V/24V逆變器產(chǎn)品蓄電池端輸入后，首先經(jīng)過(guò)由華弈微電子的HYG065N07NS1P 與HY1908P組成的功率開關(guān)陣列這些N溝道增強(qiáng)型MOSFET元器件產(chǎn)品憑借極低的導(dǎo)通電阻，在高頻狀態(tài)下執(zhí)行推挽開關(guān)動(dòng)作，將直流電切割為高頻方波以驅(qū)動(dòng)升壓變壓器作為控制中樞的TL494 PWM控制器 ，通過(guò)精準(zhǔn)的脈寬調(diào)制信號(hào)驅(qū)動(dòng)上述功率管，并利用其死區(qū)時(shí)間控制功能防止功率管直通損壞，確保了前級(jí)升壓的高效與安全。

信號(hào)監(jiān)測(cè)與系統(tǒng)保護(hù)邏輯：逆變器產(chǎn)品系統(tǒng)的穩(wěn)定性由復(fù)雜的模擬反饋回路決定。LM324四路運(yùn)算放大器負(fù)責(zé)母線電壓和分流器采集的電流信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)理與放大，為控制芯片提供精確的閉環(huán)反饋數(shù)據(jù)。在過(guò)壓防護(hù)方面，大功率齊納二極管部署在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，提供高達(dá)180W的瞬態(tài)脈沖保護(hù)，防止電壓尖峰擊穿集成電路。此外，通靈JQC-3FF繼電器承受了軟啟動(dòng)與物理隔離重任，有效的開關(guān)了啟動(dòng)瞬間對(duì)大電容電壓產(chǎn)生的浪涌電流。

OCH477H霍爾驅(qū)動(dòng)IC元器件產(chǎn)品配備其內(nèi)置的電源反接保護(hù)，直接驅(qū)動(dòng)散熱風(fēng)扇元器件產(chǎn)品，根據(jù)熱管理需求維持功率模塊的穩(wěn)定性。在顯示控制側(cè)，LR8341高壓線性穩(wěn)壓器元器件產(chǎn)品為按鍵板與顯示驅(qū)動(dòng)電路穩(wěn)定器提供的3.3V/5V電源基準(zhǔn)，保證信息能在顯示器上精準(zhǔn)、無(wú)干擾地輸出。

總的來(lái)說(shuō)，本次拆解的這款海前派逆變器通過(guò)大規(guī)模MOSFET并聯(lián)、成熟的PWM控制拓?fù)湟约伴]環(huán)模擬監(jiān)控保護(hù)，實(shí)現(xiàn)了從低壓直流到高壓交流的可靠轉(zhuǎn)換。其設(shè)計(jì)在追求大功率輸出的同時(shí)，通過(guò)高效的熱管理與硬件級(jí)防護(hù)措施，保證了在12V/24V復(fù)雜移動(dòng)供電環(huán)境下的長(zhǎng)效運(yùn)行。

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