PC923PC929驅動電路的檢修

1 PC923PC923 PC929PC929 驅動電路的檢修驅動電路的檢修 對逆變功率電路的修復是在確認 CPU 主板和驅動電路正常的前提下進行的 否則對 IGBT 模塊的盲目更換不但毫無意義 而且可能會造成直接的經(jīng)濟損失 對驅動電路的修復 是在 CPU 主板能正常輸出六路脈沖信號的前提下進行的 否則對驅動電路的修復不但無意 義 而且給檢測帶來了一定的難度 CPU 主板的正常 為我們修復各種故障 提供了有效 的監(jiān)控和提示的作用 使我們能根據(jù)操作顯示面板上故障代碼的提示 有針對性地檢查故 障電路 但變頻器完善的各種檢測和保護功能 在變頻器正常運行時是非常必要的 在我們進 行局部電路故障的維修時 總得使機器脫離開整機連接的狀態(tài) 來進行檢修吧 會引發(fā) 相關保護電路的起控 而使變頻器進入故障鎖定狀態(tài) 停止了對比如對六路脈沖信號的輸 出 使我們無法 或比較困難 檢測該信號通路如驅動電路是否能正常地對 CPU 電路來的 六路脈沖信號進行傳輸和放大 驅動電路的工作狀態(tài)的正常 只有一個標準 能正常地傳輸和放大六路驅動脈沖 輸 出的六路驅動脈沖具有符合要求的電壓幅度和電流供給能力 靜態(tài) 待機 下的工作點檢 測 往往不能得出準確的結論 得想法讓電路處于動態(tài)工作中 一是采取相應措施 屏蔽 掉變頻器的相關故障檢測功能 二是用某種方法驗證驅動電路的輸出能力 確認驅動電路 輸出的六路逆變脈沖信號 是完全符合要求的 于是對驅動電路的修復才能畫上一個圓滿 的句號 對驅動電路的檢修 一定程度上決定了整機檢修的成敗 故障變頻器無論表現(xiàn)出何種 故障 最后的修復總是表現(xiàn)驅動電路六路驅動脈沖的正常輸出 六路脈沖輸出信號都有 但有缺陷 輕者機器不能正常工作 重者將有可能使逆變模塊損壞 對驅動電路的檢修 小心不為過 一 驅動電路 由 PC923 PC929 組合 的構成和電路原理 1 2 3 4 8 7 6 5 D19 PC2 PC923 5V CPU C44 R68 C51 ZD1 R67 R66 R78 D27 C48 D24 R77 R76 OC PC4 R56 C45 PC3 PC929 U C R58 P Q11 Q10 R92 R91 R65 E G D20 C47 R75 C52 ZD2 114 213 312 411 510 69 78 CPU R79 5V R81 R73 R80 Q13 N C E G Q15 IGBT 1 R93 R94IGBT 2 a CN1 CN2 5V R1 18V 10V 0V 18V 10V 0V N1 N2 1 2 1 2 2 圖 4 9 由 PC923 929 構成的驅動電路 上圖為東元 7200MA 變頻器 U 相的驅動電路圖 15kW 以下的驅動電路 則由 PC923 PC929 經(jīng)柵極電阻直接驅動 IGBT 中 大功率變頻器 則由后置放大器將驅動 IC 輸出的驅動脈沖進行電流放大后 再輸入 IGBT 的 G E 極 驅動電路的電源電路 是故障檢測的一個重要環(huán)節(jié) 不但要求其輸出電壓范圍滿足正 常要求 而且要求其具有足夠的電流 功率 輸出能力 帶負載能力 每一相的上 下 IGBT 驅動電路 因 IGBT 的觸發(fā)回路不存在共電位點 驅動電路也需要相互隔離的供電電 源 由開關電源電路中的開關變壓器 N1 繞組輸出的交流電壓 經(jīng)整流濾波成直流電壓后 又由 R68 ZD1 10V 穩(wěn)壓管 簡單穩(wěn)壓電路處理成正 18V 和負 10V 兩路電源 供給驅動電 路 電源的 OV 零電位點 線接入了 IGBT 和 E 極 驅動 IC 的 7 8 腳則接入了 28V 的電 源電壓 光電耦合器的輸入 輸入側應有獨立的供電電源 以形成輸入電流和輸出電流的通路 PC2 的 2 3 腳輸入電流為 5V 提供 此處供電標記為 5V 是為了和開關電源電路輸出的 5V 相區(qū)分 5V 供電電路見下圖圖 4 10 該電路可看作一簡單的動態(tài)恒流源電路 R179 為穩(wěn)壓管 ZD7 的限流電阻 穩(wěn)壓管的擊穿電壓值為 3 5V 左右 基極電流回路中穩(wěn)壓電路 的接入 使流過 Q8 發(fā)射結的 Ib 維持一恒定值 進而使動態(tài) Ic 也近似為恒定值 忽略 Q8 的導能壓降 電路的靜態(tài)輸出電壓為 5V 但動態(tài)輸出電壓值取決于所接負載電路的 動態(tài) 電阻值 而動態(tài)輸出電流總是接近于恒定的 這就使得驅動電路內(nèi)部發(fā)光二極管能維持一 個較為恒定的光通量 從而使傳輸脈沖信號的 陡峭度 比較理想 使傳輸特性大為改善 Q8 R180 312 R178 301 R179 200R ZD7 362 5V 5V 圖 4 10 驅動光耦輸入側供電電路 電路工作原理簡述 請參見圖 4 5 的 PC923 PC925 內(nèi)部電路 由 CPU 主板來的脈沖信號 經(jīng) R66 加到 PC2 的 3 腳 在輸入信號低電平期間 PC2 形 成由 5V PC2 的 2 3 腳內(nèi)部發(fā)光二極管 信號源電路到地的輸入電流通路 PC2 內(nèi)部輸 出電路的 V1 三極管導通 PC2 的 6 腳輸出高電平信號 18V 峰值 經(jīng) R65 為驅動后置放大 電路的 Q10 提供正向偏流 Q10 的導通將正供電電壓經(jīng)柵極電阻 R91 引入到 IGBT 的 G 極 IGBT 開通 在輸入信號的高電平期間 PC2 的 3 腳也為 5V 高電平 因而無輸入電流通路 PC2 內(nèi)部輸出電路的 V2 三極管導通 6 腳轉為負壓輸出 10V 峰值 也經(jīng) R65 為驅動后置 放大電路的 Q11 提供了正向偏流 Q11 的導通將供電的負 10V 電壓 IGBT 的截止電壓經(jīng) 柵極電阻 R91 引入到 IGBT 的 G 極 IGBT 關斷 在待機狀態(tài) PC2 的 3 腳輸入信號一直維持 3 在 5V 高電平狀態(tài) 則驅動電路一直輸出 10V 的截止電壓 加到 CN1 觸發(fā)端子上 IGBT 一 直維持于可靠的截止狀態(tài)上 因 IGBT 柵 射極間結電容的存在 對其開通和截止的控制過程 實質(zhì)上是對 IGBT 柵 射極間結電容進行充 放電的過程 這個充 放電過程形成了一定的峰值電流 故功率較 大的 IGBT 模塊須由 Q10 Q11 組成的互補式電路跟隨放大器來驅動 PC929 驅動 IC 是兼有對驅動脈沖隔離放大和模塊故障檢測雙重 身份 的 由 CPU 主板來的脈沖信號從 1 2 3 腳輸入到 PC923 內(nèi)部的光電耦合器 從 11 腳輸出后 經(jīng) Q13 Q15 兩級互補式電壓跟隨器的功率放大后 引入 IGBT2 的 G 極 此為驅動脈沖的信 號傳輸電路路 PC929 的 9 腳為模塊故障檢測信號輸入腳 正常工作狀態(tài)下 PC923 的 11 腳輸出正的激勵脈沖電壓 使 Q13 導通 Q15 截止 Q13 的導通 將正偏壓加到 IGBT2 的 G 極上 IGBT2 進入飽合開通狀態(tài) 忽略 IGBT 導通管壓降的話 IGBT2 的導通即將 U 輸出端與負直流供電端 N 短接起來 提供輸出交流電壓的負半波通路 在導通期間 只要 變頻器是在額定電流以內(nèi)運行 IGBT2 的正常管壓降應在 3V 以下 PC929 的 9 腳內(nèi)部電路與外接 R76 R77 D24 R73 D27 等元件構成了 IGBT 管壓 降檢測電路 二極管 D27 和負極接入了 IGBT2 的 C 極 PC929 在發(fā)送激勵脈沖的同時 內(nèi)部模塊檢測電路與外電路配合 檢測 IGBT2 的管壓降 當 IGBT2 正常開通期間 忽略 IGBT2 的導通壓降 U 點電壓與 N 點電壓應是等電位的 N 點與該路驅動電源的零電位點 為同一條線 可以看到 D27 的正向導通將 a 點電壓也嵌位為零電位點 即 PC929 的 9 腳 無故障信號輸入 IGBT 模塊 OC 信號輸出 8 腳為高電平狀態(tài) 當變頻器的負載電路異?；?IGBT2 管子故障時 雖有激勵偏壓加到 IGBT2 的 G 極 但嚴重過流狀態(tài) 或管子已經(jīng)開 路性損壞 使 IGBT2 的管壓降超過 7V 或更大 U N 之間高電壓差使 D27 于反偏截止 此時 a 點電壓是由 R73 引入的 經(jīng) R78 D24 R77 分壓的高于 7V 的電壓值 經(jīng) R76 輸 入到 PC929 的 9 腳 PC929 內(nèi)部 IGBT 保護電路起控 對 IGBT 進行強行軟關斷動作 同 時控制 8 腳內(nèi)部三極管導通 進而提供了 PC4 光電耦合器的輸入電流 于是 PC4 將低電平 的模塊 OC 信號報與 CPU 變頻器實施 OC 故障保護停機動作 IGBT 模塊管壓降檢測電路中的 D24 二極管和 C48 組成消噪電路 以避免負噪聲干擾 引起誤碼保護動作 讓我們看一下驅動電路中 R91 R92 的作用 實際電路中 這四只電阻因模塊損壞帶 來的強電壓沖擊下 造成開路 短路和阻值變大的情況比比皆是 它在電路中究竟起到什 么樣的作用呢 R91 將驅動脈沖引入到 IGBT 管子的 G 極 表面看來 這是一只限流電阻 限制流入 IGBT 管子的驅動 充電 電流 因管子的開通速度越快越好 開通時間越短越好 電阻 的阻值就不能太大 以避免與 IGBT 管子的輸入結電容形成一個較大時間常數(shù)的延時電路 這是不希望出現(xiàn)的 但過激勵也會導致 IGBT 的損壞 此電阻多為 級功率電阻 隨變頻 器功率的增加其阻值而減小 此電阻還有一個 真名 叫柵極補償電阻 因為 IGBT 管子 的觸發(fā)引線有一定長度 觸發(fā)脈沖又是數(shù)千赫茲的高頻信號 所以有一定的引線電感存在 而引線電感會引起觸發(fā)脈沖的畸變 產(chǎn)生 電壓過沖 現(xiàn)象 嚴重時會造成 IGBT 管子的 誤開通而造成損壞 接入 R82 可對引線電感有所補償 盡量使引線呈現(xiàn)電阻特性而不是電 4 感特性 有效緩解引線電感造成的電壓過沖現(xiàn)象 R92 并接于 IGBT 管子的 G E 極間 第一個好處就是 將 IGBT 管子輸入端的高阻狀 態(tài)變?yōu)榈妥锠顟B(tài) 我們新購得的 IGBT 逆變模塊 出廠前是用短路線將 G E 極短接的 這樣萬一有異常電壓 如靜電 加到 G E 極時 短路線將很快將此一異常電壓吸收 而 避免了 IGBT 管子因輸入端子遭受沖擊而損壞 電路中并聯(lián) R92 也有同樣的用處 在一定 程度上將輸入的 差分電壓 變?yōu)榱?共模電壓 消解了異常輸入電壓的沖擊作用 R92 對瞬態(tài)干擾有一定的作用 又可稱之為 消噪電阻 R92 并接于 IGBT 管子的 G E 極間 與 IGBT 的 G E 結電容相并聯(lián) 此電阻又被稱為 旁路電阻 將瞬態(tài)干擾造成的對 G E 結電容的充電電流 旁路掉 以避免其誤開通 R92 又形成了 IGBT 管子輸入結電 容的電荷泄放通路 能提高電荷的泄放速度 對于只采用單電壓供電 無負供電電壓 的 驅動電路 此電阻的作用尤其重要 二 驅動電路的故障特征 1 變頻器上電顯示正常 接受啟動信號 即跳 OC 過電流 SC 短路 故障代碼 故障原因 A 逆變模塊有開路性損壞 先是擊穿短路 炸裂后開路 或 G E 間內(nèi)部損壞 雖有 觸發(fā)信號引入 但 IGBT 不能正常開通 驅動電路的 IGBT 管壓降檢測到異常大的導通壓降 報出 OC 故障 B 驅動電路本身故障 a 無激勵脈沖加到 IGBT 的觸發(fā)端子 一是從 CPU 主板來的脈 沖信號未能正常輸入到驅動電路的輸入端 二是驅動電路有元件損壞 阻斷了脈沖信號的 傳輸 b 驅動電路不能輸出正常的驅動脈沖 多為電流輸出能力不足 一是驅動 IC 的后 置放大器低效 元件變值等 二是驅動供電不良 不能達到足夠的電壓幅值和輸出足夠的 驅動電流 使 IGBT 不能被良好開通或處于導通與截止的臨界點上 IGBT 管壓降檢測電路 檢測到大于 7V 的管壓降信號而報出 OC 故障 2 接受啟動信號 即跳 GF 接地故障 變頻器說明書中對接地故障的定義是 當負 載電流大于額定電流的 0 5 倍左右時 即判斷為 GF 故障 其實 GF 也是 OC 故障的一個別名 在報警層次上有所不同 GF 故障在啟動初始階段報出 3 上電 變頻器未接受啟動信號 變頻器在系統(tǒng)自檢結束后 即報出 OC 故障 故障 原因 A 變頻器的三相輸出電流檢測電路損壞 誤報過流故障 如電流互感器內(nèi)部電路損壞 誤報出嚴重過流故障 B 驅動電路的 OC 信號報警電路損壞 如 PC929 的 8 腳內(nèi)部 DMOS 三極管短路 也會誤 報 OC 信號 4 變頻器上電后 既不跳 OC SC 等故障代碼 也拒絕所有操作 出現(xiàn)類似于程序進 入死循環(huán)的 死機 現(xiàn)象 先不要輕易判斷為 CPU 故障 可能為變頻器上電檢測到有 OC 信 號輸出 出于保護目的 故拒絕所有操作 以免造成人為的故障擴大 5 變頻器上電 操作顯示正常 啟動后能在操作面板上監(jiān)控到輸出頻率數(shù)值上升的現(xiàn) 象 但 U V W 輸出端子無電壓輸出 變頻器也不報出 OC 故障 好像是 運行正常 故障原因為驅動 IC 輸入側的 5V 供電電源丟失 六路驅動 IC 都無脈沖信號輸入 驅 5 動電路處于 待機 狀態(tài) IGBT 管壓降檢測電路在 休息中 并不向 CPU 返回 OC 信號 6 變頻器空載或輕載運行正常 但帶上一定負載后 出現(xiàn)電機振動 輸出電壓偏相 頻跳 OC 故障等 故障原因 A 驅動電路的供電電源電流 功率 輸出能力不足 B 驅動 IC 或驅動 IC 后置放大器低效 輸出內(nèi)阻變大 使驅動脈沖的電壓幅度或電流幅度不足 C IGBT 低 效 導通內(nèi)阻變大 導通管壓降增大 三 PC923 PC929 驅動電路的檢修方法 本節(jié)檢修 是指在脫開變頻器主電路后的 對電源 驅動板的單獨上電檢修 整機連接 條件下 可不敢對驅動電路這么動手啊 別說逆變電路有六只 IGBT 有六十只 IGBT 也不 夠 報銷 的 1 靜態(tài)檢測 電路處于靜止狀態(tài)時 相對于 5V 供電的地端 PC2 的 2 3 腳電壓都為 5V 直接測量 2 3 腳之間電壓差為 0V 以驅動電源的 OV 為 O 電位參考點 CN1 觸發(fā)引線端子的 1 線應 為 10V PC923 PC929 的脈沖輸出腳和后置放大器的中點電壓都為 10V 檢測 CN1 端子的 1 線為 OV 故障原因為 A 驅動電源穩(wěn)壓二極管擊穿短路 B 柵極電 阻 R91 開路 檢測 CN1 端子的 1 線為 18V 左右 故障原因為 A PC2 的后置放大電路中的 Q10 短路 B PC2 內(nèi)部輸出電路中的 V1 短路 C 檢查 PC2 的 2 3 腳如有電壓輸入 如 1 2V 故障 原因為前級信號電路故障 使 PC2 形成了輸入電流的通路 2 動態(tài)檢測 電路靜態(tài)時測得 CN1 端子 1 線上有正常的 10V 截止電壓 及測量各靜態(tài)工作點基本正 常 其實各檢測點都表現(xiàn)為供電電壓 要進一步檢查動態(tài) 對脈沖信號的傳輸能力 驗 證電路確無故障或使隱蔽故障暴露出來 但接著碰到了麻煩事 因為在檢修中電源 驅動板與主電路已經(jīng)脫開 CN1 CN2 觸發(fā) 端子是空置的 并未接入 IGBT 而且在未查明驅動電路是否工作正常之前 也是絕不允許 在 IGBT 接入 530V 直流供電的情況下 連接驅動電路并檢查驅動電路的故障的 因為 IGBT 的脫開 驅動電路輸出的脈沖無論正常與否 只要按一下操作面板的起動 FWD 或運行 RUN 按鍵 操作顯示面板即跳出 OC 故障 原因在于驅動芯片 PC929 在脈 沖信號傳輸期間 PC929 的 9 腳內(nèi)部電路與外部元件構成的 IGBT 管壓降檢測電路 因 IGBT 的未接入 相當于開路 而檢測到極大的管壓降信號 而向 CPU 報出 OC 信號 CPU 采取 了停機保護措施 必須采取相應手段 屏蔽掉驅動電路對 IGBT 管壓降檢測功能 令 CPU 正 常發(fā)送六路脈沖 以利驅動電路的進一步檢修 看下圖電路 PC929 驅動電路的 IGBT 管 壓降檢測等效電路圖 6 IGBT保護電路 Q3 14 10 PC929 8 9 13 12 10V 18V GND Vcc C FS E G IGBT 0V R1 R2 51k a D1 U N b c 為為為為為為為為為為為為為 2 2k C 圖 4 11 IGBT 管壓降檢測等效電路圖 如果把 IGBT 看作一只開關的話 則在正向激勵脈沖作用期間 這只開關是閉合狀態(tài)的 b 點電壓也為 0V 嵌位二極管 D1 正向導通 將 a 點電壓嵌位為 0V PC929 的 9 腳因輸入 低電平信號 IGBT 保護電路不起控 驅動電路正常傳輸脈沖信號 當 IGBT 開路性損壞或 檢修中脫開主電路后 同樣在正向激勵脈沖作用期間 D1 反偏截止 在與主電路連接狀態(tài) 下 或因脫開主電路呈開路狀態(tài) 則 a 點電壓則上升為 R1 與 R2 對 18V 和 10V 的分壓值 從兩只電阻的阻值可看出 a 點電壓上升為近 17V PC929 的 9 腳內(nèi)部 IGBT 保護電路起控 Q3 導通 由 8 腳輸出 OC 信號 經(jīng)光耦器件輸入 CPU CPU 報出 OC 故障 并停止了脈沖信 號的輸出 如果單純將 OC 信號切斷 如將圖 4 9 中的 PC4 開路或短接 PC2 的 1 2 腳 以中斷 OC 信號的輸出 固然可以令 CPU 不停止脈沖信號的輸出 但 PC929 中 IGBT 保護電路還處 于起控狀態(tài) PC929 仍無法正常輸出驅動脈沖信號 正確的做法是 短接上圖 b c 點 即 將 D1 的負極與 OV 供電引出線短接 人為造成 IGBT 的正常導通狀態(tài) 糊弄 一下 IBGT 管壓降檢測電路 使之在激勵脈沖作用期間 能一直檢測到 IGBT 的 正常狀態(tài) 內(nèi)部保 護電路不起控 在檢修所有變頻器的驅動電路板時 只有驅動電路本身有 IBGT 管壓降檢測 保護電 路 我們都可以找出上圖電路中的 b c 點并予以短接 就可以將驅動電路 OC 故障的報警 功能屏蔽掉 對驅動電路進行脈沖傳輸狀態(tài)的檢查了 好了 短接 b c 點 按動操作顯示面板上的起動和停止按鍵 配合對輸出脈沖電壓的 測量 驅動電路的隱蔽故障 便一一暴露無遺了 驅動電路動 靜態(tài)電壓變化是如此明顯 無論用指針式萬用表或數(shù)字式萬用表 用直 流電壓檔或交流電壓檔 直流電流檔或交流電流檔 都能測出明顯的變化 以至于我們不 必采用示波器 也能準確判斷出驅動電路對脈沖信號的傳輸情況 測量數(shù)據(jù)如下表 直流電壓檔 停 止 直流電壓檔 啟 動 交流電壓檔 停 止 交流電壓檔 啟 動 輸入信號電壓 PC923 的 2 3 腳 之間0V約 0 2V 0V約 0 4V 輸出信號電壓 CN1 端子 2 線為 10V約 4V0V約 16V 7 OV 注 1 指針表的交流電壓檔 也能顯示偏大的直流電壓值 故在停機狀態(tài) 仍顯示一 定電壓值 但在啟動狀態(tài) 表筆馬上反向指示 說明指針表的交流電壓檔 雖能測出信號 電壓的峰值 但仍能指示出電壓的極性 用數(shù)字表 則能得出