變頻器驅(qū)動(dòng)電路詳解

1、 變頻器驅(qū)動(dòng)電路詳解 測(cè)量驅(qū)動(dòng)電路輸出的六路驅(qū)動(dòng)脈沖的電壓幅度都符合要求，如用溝通檔測(cè)量正向激勵(lì)脈沖電壓的幅度約14V左右，負(fù)向截止電壓的幅度約7.5V左右（不同的機(jī)型有所差異），對(duì)驅(qū)動(dòng)電路經(jīng)過以上檢查，一般檢修人員就認(rèn)為可以裝機(jī)了，此中忽視了一個(gè)極其重要的檢查環(huán)節(jié)對(duì)驅(qū)動(dòng)電路電流（功率）輸出力量的檢查！很多我們認(rèn)為已經(jīng)正常修復(fù)的變頻器，在運(yùn)行中還會(huì)暴露出更隱蔽的故障現(xiàn)象，并由此導(dǎo)致了肯定的返修率。 變頻器空載或輕載運(yùn)行正常，但帶上肯定負(fù)載后，消滅電機(jī)振動(dòng)、輸出電壓偏相、頻跳OC故障等。 故障緣由：A、驅(qū)動(dòng)電路的供電電源電流（功率）輸出力量不足；B、驅(qū)動(dòng)IC或驅(qū)動(dòng)IC后置放大器低效，輸出內(nèi)阻變大

2、，使驅(qū)動(dòng)脈沖的電壓幅度或電流幅度不足；C、IGBT低效，導(dǎo)通內(nèi)阻變大，導(dǎo)通管壓降增大。 C緣由所導(dǎo)致的故障比例并不高，而且限于修理修部的條件所限，如無法為變頻器供應(yīng)額定負(fù)載試機(jī)。但A、B緣由所帶來的隱蔽性故障，我們可以接受為驅(qū)動(dòng)增加負(fù)載的方法，使其暴露出來，并進(jìn)而修復(fù)之，從面能使返修率降到最低。 IGBT的正常開通既需要幅值足夠的激勵(lì)電路，如+12V以上，更需要足夠的驅(qū)動(dòng)電流，保障其牢靠開通，或者說保障其導(dǎo)通在肯定的低導(dǎo)通內(nèi)阻下。上述A、B故障緣由的實(shí)質(zhì)，即由于驅(qū)動(dòng)電路的功率輸出力量不足，導(dǎo)致了IGBT雖能開通但不能處于良好的低導(dǎo)能內(nèi)阻的開通狀態(tài)下，從而表現(xiàn)出輸出偏相、電機(jī)振動(dòng)猛烈和頻跳OC故

3、障等。 讓我們從IGBT的把握特性上來做一下較為深化的分析，找出故障的根源所在。 一、IGBT的把握特性： 通常的觀念，認(rèn)為IGBT器件是電壓型把握器件為柵偏壓把握，只需供應(yīng)肯定電平幅度的激勵(lì)電壓，而不需吸取激勵(lì)電流。在小功率電路中，僅由數(shù)字門電路，就可以驅(qū)動(dòng)MOS型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管。做為IGBT，輸入電路恰好具有MOS型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的特性，因而也可視為電壓把握器件。這種觀念其實(shí)有失偏頗。因結(jié)構(gòu)和工藝的緣由，IGBT管子的柵-射結(jié)間形成了一個(gè)名為Cge的結(jié)電容，對(duì)IGBT管子開通和截止的把握，其實(shí)就是Cge進(jìn)行的充、放電把握。+15V的激勵(lì)脈沖電壓，供應(yīng)了Cge的一個(gè)充電電流通路，IGBT因之

4、而開通；-7。5V的負(fù)向脈沖電壓，將Cge上的“已充電荷強(qiáng)行拉出來”，起到對(duì)充電電荷的快速中和作用，IGBT因之而截止。 假定IGBT管子只對(duì)一個(gè)工作頻率為零的直流電路進(jìn)行通斷把握，對(duì)Cge一次性布滿電后，幾乎不再需要進(jìn)行充、放電的把握，那么將此電路中的IGBT管子說成是電壓把握器件，是成立的。而問題是：變頻器輸出電路中的IGBT管子工作于數(shù)kHz的頻率之下，其柵偏壓也為數(shù)kHz頻率的脈沖電壓！一方面，對(duì)于這種較高頻率的信號(hào)，Cge的呈現(xiàn)出的容抗是較小的，故形成了較大的充、放電電流。另一方面，要使IGBT牢靠和快速的開通（力爭(zhēng)使管子有較小的導(dǎo)通內(nèi)阻），在IGBT的允許工作區(qū)內(nèi)，就要供應(yīng)盡可能大

5、的驅(qū)動(dòng)電流（充電電流）。對(duì)于截止的把握也是一樣，須供應(yīng)一個(gè)低內(nèi)阻（歐姆級(jí)）的外部泄放電路，將柵-射結(jié)電容上的電荷極快地泄放掉！ 大家都知道電容為儲(chǔ)能元件，本身不消耗功率，稱為容性負(fù)載。但正猶如輸、配電線路的道理一樣，除了電源必需供應(yīng)容性元件的無功電流（無功功率）外這使得電源容量變大，無功電流也必定帶來了線路電阻上的損耗（線損）！驅(qū)動(dòng)電路的功率損耗主要集中在柵極電阻和末級(jí)放大管的導(dǎo)通內(nèi)阻上。我們常看到尤其是大功率變頻器驅(qū)動(dòng)電路的輸出級(jí)其實(shí)是一個(gè)功率放大電路，常由中功率甚至大功率對(duì)管、幾瓦的柵極電阻等元件構(gòu)成，說明IGBT的驅(qū)動(dòng)電路是消耗肯定功率的，是需要輸出肯定電流的。 而從上述分析可看出：應(yīng)用

6、在變頻器輸出電路的IGBT管子，恰恰應(yīng)當(dāng)說是電流或說是功率驅(qū)動(dòng)器件，而不純?yōu)殡妷喊盐掌骷?二、裝機(jī)前最終一個(gè)檢測(cè)內(nèi)容： 為最大可能地降低返修率，在對(duì)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行三、四節(jié)的全面檢測(cè)后，不要漏過對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的帶負(fù)載力量這樣一個(gè)檢查環(huán)節(jié)。 方法如下： 對(duì)驅(qū)動(dòng)電路帶負(fù)載力量的測(cè)量電路 上圖為DVP-1 22kW臺(tái)達(dá)變頻器的U相上臂的驅(qū)動(dòng)電路。圖中GU、EU為脈沖信號(hào)輸出端子，外接IGBT的G、E極，檢修驅(qū)動(dòng)板時(shí)已與主電路脫離。虛線框內(nèi)為外加測(cè)量電路。為電源/驅(qū)動(dòng)板上電后，協(xié)作啟動(dòng)和停止操作，在m、n點(diǎn)串入直流250mA電流檔，與153W的外加測(cè)量電阻構(gòu)成回路，檢測(cè)各路驅(qū)動(dòng)電路的電流輸出力量，測(cè)得啟動(dòng)狀

7、態(tài)，有五路輸出電流值均在150mA左右，其中一路輸出電流僅為40mA，裝機(jī)運(yùn)行后跳OC的故障緣由正在于此，該路驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)力量大大不足！停機(jī)狀態(tài)，測(cè)得各路負(fù)電壓供電的電流輸出力量均為50mA左右，負(fù)壓供電力量正常。 串接RC，起到限流作用，其取值的原則：選取電阻值及功率值與柵極電阻相等（上圖中DR45的參數(shù)值），以使檢測(cè)效果明顯。 對(duì)驅(qū)動(dòng)電路做過功率輸出力量的檢測(cè)，可以確定驅(qū)動(dòng)電路完全正常了。在驅(qū)動(dòng)電路與主電路連接的試機(jī)過程中，請(qǐng)先以低壓24V直流電源為逆變電路供電，測(cè)試驅(qū)動(dòng)電路和逆變電路正常后，再恢復(fù)逆變回路的正常供電。如手頭無低壓直流電源，起碼應(yīng)在逆變供電回路串接兩只45W燈泡或2A保險(xiǎn)

8、管，試機(jī)正常后，才接入逆變電路的原供電！ 上述對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的上電檢測(cè)，是在脫開與主電路（IGBT）的連接后進(jìn)行的，整機(jī)連接狀態(tài)下，不得測(cè)量驅(qū)動(dòng)電路的輸入、輸入側(cè)，會(huì)因人體感應(yīng)和表筆引入干擾信號(hào)，使IGBT受觸發(fā)誤碼導(dǎo)通，造成模塊的炸裂！ 驅(qū)動(dòng)電路輸出力量的不足，由以下兩方面的緣由造成： A、電源供電力量不足，空載狀況下，我們檢測(cè)輸出正、負(fù)電壓，往往達(dá)到正常的幅度要求，即使帶載（如接入IGBT后）狀況下，雖然對(duì)Cge的瞬時(shí)的充電力量不足，但因充電時(shí)間太短，我們往往也測(cè)不出供電電壓的低落，不帶上電阻負(fù)載，這種隱蔽故障幾乎不能被檢測(cè)出來！電路電路的常見故障為濾波電容失容，如上圖中DC41，因長(zhǎng)期運(yùn)行中

9、電解電容內(nèi)部的電解液干枯，其容量由幾百微法減小為幾十微法，甚至為幾微法。另外，可能有整流管低效，如正向電阻變大等，也會(huì)造成電源輸出力量不足； B、驅(qū)動(dòng)IC內(nèi)部輸出電路不良或后置放大器DQ4、DQ10導(dǎo)通內(nèi)阻變大等。如帶載后檢測(cè)電源電壓無低落現(xiàn)象，檢測(cè)T250輸出電壓偏低，則為T250不良，否則更換DQ4、DQ10等元件。DR40、DR45等阻值變大的現(xiàn)象比較少見。 需要說明的是：正向激勵(lì)電壓的不足，只是表現(xiàn)出電機(jī)振動(dòng)猛烈、輸出電壓偏相、頻繁跳OC故障等現(xiàn)象，雖然有可能使電機(jī)繞組中產(chǎn)生直流成分消滅過流狀態(tài)，但對(duì)模塊構(gòu)不成一投入運(yùn)行信號(hào)即爆裂的危害。而負(fù)向截止電壓的丟失（負(fù)壓供電回路的故障造成負(fù)柵

10、偏壓回路阻斷），則表現(xiàn)出上電時(shí)正常，一按動(dòng)啟動(dòng)按鍵，IGBT逆變模塊便會(huì)發(fā)出 “啪”的一聲馬上爆裂的故障！這是為何呢？ 三、IGBT截止負(fù)壓丟失后的危害： 除了在全速運(yùn)行下負(fù)載突然短路造成的損壞外，過流、過載、過欠壓等，全部故障的危害性都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于柵偏壓回路開路對(duì)IGBT的危害，說到這一點(diǎn)，寬敞修理人員都會(huì)深有體會(huì)的修理人員吃這樣的不應(yīng)當(dāng)吃的虧是太多了啊。 檢修過程中漏焊了柵極電阻DR45，在裝機(jī)過程中馬虎大意間只插好了上臂IBGT1的觸發(fā)插頭，而遺忘了連接下臂IGBT觸發(fā)端子，而使IGBT2驅(qū)動(dòng)信號(hào)引入端子被空置，上電后，不投入起動(dòng)信號(hào)，還沒有問題，一旦投入啟動(dòng)信號(hào)，那就毫無商量，模塊壞掉。

11、長(zhǎng)期的修理工作中，我已經(jīng)養(yǎng)成了一個(gè)習(xí)慣：上電后啟動(dòng)操作前先停一會(huì)兒，觀看一下驅(qū)動(dòng)脈沖輸出端子是否已經(jīng)連接完好。檢查每路都連接完好后，再按下啟動(dòng)按鍵。我經(jīng)常覺得這輕輕的一點(diǎn)有千鈞之重啊驅(qū)動(dòng)電路與逆變輸出電路都是正常的狀態(tài)下，只漏插了一只驅(qū)動(dòng)脈沖的信號(hào)端子，必會(huì)造成IGBT模塊與驅(qū)動(dòng)電路的再次嚴(yán)峻損壞，致使前功盡棄呀！ IGBT結(jié)電容等效圖 猶如雙極性器件三極管一樣，三線元件也必定形成了內(nèi)部三只等效電容，而IGBT內(nèi)部的Cge卻不是寄生性的，是工藝與結(jié)構(gòu)所形成。Cce電容我們不要去管它。對(duì)IGBT能起到毀滅性作用的是Ccg和Cge兩只電容。 上圖為下臂IGBT的觸發(fā)端子開路時(shí)的情形。上電后，IGB

12、T1因驅(qū)動(dòng)電路的接入，負(fù)的截止電壓加到G、E極上，能將其維持在牢靠的截止?fàn)顟B(tài)。變頻器運(yùn)行信號(hào)的莽撞投入，使IGBT1受正向激勵(lì)脈沖電壓驅(qū)動(dòng)而開通，U端子即IGBT2的C極馬上跳變?yōu)?530V的直流高壓，此跳變電壓供應(yīng)了Ccg、Cge兩只電容的充電回流回路，在IGBT1開通期間，IGBT2也為此充電電流所驅(qū)動(dòng)，而近于同時(shí)開通，兩管的共通形成了對(duì)P、N端的+530V供電電源的短路，啪啦一聲，兩只管子都炸掉了！假如上管的信號(hào)端子是空置的，而下管接入了驅(qū)動(dòng)電路，同樣，下管的導(dǎo)通，也會(huì)因同樣的緣由使兩管損壞。 假定IGBT2的G、E極上，尚并聯(lián)有柵極旁路電阻（如IGBT1柵控回路中的R旁），將對(duì)上述充電電流形成旁路作用，兩管共通的可能性會(huì)降低一些。再假定在上管導(dǎo)通期間，下管的G、E極間有7V左右截止負(fù)壓的存在，正向的充電電流為柵負(fù)偏壓所中和和吸取，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到使IGBT開通的幅值，則IGBT2是平安的。這也正是IGBT的把握回路為什么要加上負(fù)壓的原因。 對(duì)于接受IPM智能化逆變模塊的變頻器，驅(qū)動(dòng)供電往往為單電源，并未供應(yīng)負(fù)壓，又