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变频器维修常见的几种驱动IC
发布者:深圳市佳鸿威科技有限公司  发布时间:2016-12-15

变频器维修常见的几种驱动IC
常用IC共有为数不多的几种。可以设想一下,变频器电路的通用电路,必定是主电路(包括三相整流电路和三相逆变电路)和驱动电路,即便是不同型号的功率 级别不同的变频器,驱动电路也往往采用了同一型号的驱动冚,甚至于驱动电路的结构和布局是非常类似的和接近的。早期的和小功率的变频器机种,经常采用了 TLP250、 HCPL3120(A3120)驱动IC,内部电路简单,不含IGBT保护电 路;被大量广泛采用的是PC923 、PC929的组合驱动电路,往往上三臂IGBT采用PC923驱动,而下三臂IGBT则采用PC929驱动,PC929内含IGBT检测保护电路等。智 能化程度比较高的专用驱动芯片A316J,也在大量机型中被采用。通过熟悉驱动化的引脚功能和掌握相关的检测方法,达到掌握对驱动电路进行故障判断与检测 的能力,以及能对不同型号的驱动IC应急进行代换与修复。
1.TLP250和HCPL3120(A3120)驱动IC(见图4-3)
  TLP250:输入"电流阈值为5mA,电源电压为10~35V,输出电流为±0.5A,隔离电压为2500V,开通/关断时间为0.5uS。可直接驱动50A  1200V的IGBT模块, 在小功率变频器驱动电路中和
早期变频器产品中被普遍采用。
 HCNW3120(A3120):其与HCPL3120、HCPLJ312内部电路结构相同,只是因选材和工艺的不同,后者的电隔离能力低于前者。输入V电流阈值为2.5mA,电源电压为15 ~ 30V,输出电流为±2A,隔离电压为1414V,可直接驱动150A  1200V的IGBT模块。
3 种驱动冚
的引脚功能基本一致,小功率机型中可用了TLP250直接代换另两种HCNW3120和HCPL3120,大多数情况下TLP350、 HCNW3120可以互换,虽然它们的个别参数和内部电路有所差异,如了TPL250的电流输出
能力较低,但在中功率机型变频器中,驱动化往往有后置放大 器,对驱动化的电流输出能力就不是太挑剔了。
         
驱动IC实质上都为光耦合器件,具有优良的电气隔离特性。输入侧内部电路为一只发光二极管,有明显的正、反向电阻特性。用指针式万用表R X1K档测量,2、 3脚正向电阻约为100PK左右,反向电阻无穷大;用RX10K档测量,正向电阻约为25K左右,反向电阻也为无穷大。当然2、 3脚与输出侧各引脚电阻,都是无穷大的。5、 6脚和5、 8脚之间, 均有鲜明的正、反向电阻,当5脚搭接红表笔时,有10-30K的电阻值,5脚接黑表笔时, 电阻值接近于无穷大。因选材、工艺和封装型式的不同和测量仪表的选型不同,得出的测量数值会有一定的差异。了TLP250的输出电路采用互补式电压跟随器 输出电路,V1、 V2均为双极型晶体管。而HCPL3120的输出电路V2采用了CMOS晶体管,两种芯片的输出侧电阻值有所差异。在上电检测中,从驱动冚的电路结构中可 得出如下结论:当2、 3脚输入电流通路接通时,了TLP250内部V2导通,6、 7脚则与8脚电压相近或相等;当2、 3脚输入电流为零时,了1?250内部V2导通,6、 7脚则与5脚电位相近或相等。这即是对了TLP250好坏进行判断的依据。TLP250在线测量:因机型不同,外围电路的数值不尽相同,所以测量得出的在 线电阻值的参考意义不大。在供电状态下,可方便测出了TLP250的好坏情况。驱动电路的带电检测,必须在单独检修驱动电路的情况下或已将逆变功率电路的 供电切除的情况下进行!严禁在整机运行状态下,直接下笔测量驱动电路一由表笔引人的干扰信号会误触发IGBT,造成严重损坏!在驱动电路供电正常的情况下 和CPU主板能输出正常六路驱动脉冲的情况下,可以在线检测驱动冗的工作状态。在变频器的控制电路处于停机状态时,测量2、 3脚电压应为0V,测量5、 6脚电压应为0V。操作变频器的操作显示面板,使之处于起动运行状态,测量2、 3脚应有0.6V左右的正向电压值,此时测量5、 6脚之间应有2 ~4V左右的电压输出。说明TLP250是好的。2、 3脚输人电压有变化,但输出脚无电压变化,或输出脚一直保持一个固定不变的高电平或低电平,说明了TLP250损坏。当然,也可用外加电源串联限流电阻提供了TLP250的输入电流,检测输出脚的电压变化,来检测判断TLP250的好坏。上述检测方法同样适用于HCNW3120等的检测。
2.PC923、
PC929驱动IC
两 片驱动IC经常成对出现,成为驱动电路的一个经典组合模式。PC923用于上三臂(见图4-1中的V1、V3、V5)IGBT的驱动,PC929则用于驱 动下三臂(见图4-1中的V2 、V4、V6)IGBT,并同时承担对IGBT导通管压降的检测,对实施过电流保护和输出OC报警信号的任务。PC929与普通驱动IC的不同,它内部含 有IGBT保护电路和OC信号输出电路,将驱动和保护功能集成于一体。PC923和PC929
与后置放大器构成
的U相驱动电路如图4-5所示。PC923的相关参数:输人IF电流值为5 -20mA,电源电压为15-35V,输出峰值电流为±0.4A,隔离电压为5000V,开通/关断时间为0.5us。可直接驱动50A  1200V以下的小功率IGBT模块。PC923的电路结构同了TLP250等相近,但输出引脚不太一样。5、 8脚之间可接人限流电阻,限制输出电流以保护内部VT1、VT2晶体管。常规应用, 是将5、 8脚直接短接,接人供电电源的正极。如果将输出侧引线改动一下,也可以与TLP520、A3120等互为代换。其上电检测方法也同于孔TLP250,在此 不予赘述。PC929的相关参数与PC923相接近,在电路结构上要复杂一些。1、 2脚为内部发光二极管阴极,3脚为发光二极管阳极,
1、 3脚构成了信号输人端。4、 5、 6、 7脚为空端子。输入信号经内部光电耦合器、放大器隔离处理后经接口电路输入到推挽式输出电路。10、 14 脚为输出侧供电负端,13脚为输出侧供电正端,12脚为输出级供电端,一般应用中将13、12脚短接。11脚为驱动信号输出端,经栅极
电阻接IGBT或后 置功率放大电路。PC929的9 脚为IGBT管压降信号检测脚,9、 10脚经外电路并联于IGBT的C、E极上。IGBT在额定电流下的正常管压降仅为3V左右。异常管压降的产生表征了IBGT运行在危险的过电流状态下。 PC929的8脚为IGBT的OC〔过载、过电流、短路)信号输出脚,由外接光耦合器将故障信号返回CPU。PC929内部IGBT保护电路的动作过程: 在正常状态下,变频器无论处于待机或运行状态,
2、 3脚输人脉冲信号电流,11脚相继产生15V和-7.5V的输出驱动电压信号。此时PC929的8 (FS)脚一直为高电平状态;当所驱动的IGBT流过异常电流时(如2倍以上额定电流〕,IGBT的导通管压降迅速上升,使9脚电压到达故障报警阈值 (7V) 、PC929内部的IGBT保护电路起控,11脚输出的正向激励电压降低,使IGBT的导通电流下降,同时控制8脚内部的晶体管VT3导通,输出一个低电 平的OC故障信号,经外接光耦合器送人据过电流情况实施保护停机等动作。PC923、 PC929输出侧的各
脚电阻值见
表4-1 (MF47型指针式万用表R X 1K档,红表笔搭接GND脚)表4-1在单独维修电源义驱动板的上电检测中,因PC929的9、 10脚与IGBT模块脱离,一接受运行信号,8脚即报出OC故障信号,11脚输出脉冲电压也被内部IGBT保护电路所钳制, 致使无法测出PC929的工作状态。需采取相应措施,解除PC929的管压降检测功能,强制电路正常工作,达到方便检测的目的。
3,智能型驱动10V110V1.-3161 (人3161)
 图 4-6和图4-7分别为A316J的内部结构图和原理图。AJ316的输出电流值达2.5A,可直接驱动150A/1200V的IGBT。作为一种专用驱 动芯片,其各项功能已接近完善,外围附属电路相对简洁。输
入侧内部电路为数字门电路,阻抗较高,不必取用大的信号源电流。AJ316内含欠电压封锁输出电 路和IGBT保护电路,还内含输入脉冲信号和输出OC信号的两路光耦合器;具有故障时封锁驱动脉冲和故障复位控制功能,与CPU配合,可实现自动停机、自 动复位等控制。
如A316J内部以两只光耦合器光传输通道为分界点,分出丫输人侧电路和输出侧电路。1、 2为Vin+、Vin-正/负信号输人端,VL1与相关输入侧、输出侧电路构成了脉冲信号传输电路。输入信号经门电路由发光管VU (光耦合器)传输至输出侧电路。输出侧接收到的光信号再经受控放大电路,进行功率放大后由11脚输出,驱动IGBT模块。VL1的阳极和阴极分别由7、 8脚引出,便于外接故障保护电路,以切断脉冲信号的传输。但常规应用中,一般是将7脚悬空,8脚直接接输人侧信号〈电源)地,构成了信号直通回路。内部输 出级电路为推挽式输出电路,由复合放大器保障大电流输出能力。实际电路中, 控制电路的供电端子13脚与输出级
放大器的供电端子12脚也是短接的,接人驱动电路供电电源的正极,9、 10脚接入供电负极,电源电压范围为15 ~30V。
驱动电路对IGBT的过载保护,并非是通过电流采样一串联电流采样电阻或采用电流互感器来进行的,而是由IGBT的通态管压降,来判断 IGBT是否出处于过电流状态。在额定电流以下运行时,IGBT管压降不大于3V,当运行电流达到IGBT的两倍时,‘管压降会上升到7V以上。应该实施 保护停机了。图4-8为A316J构成的驱动电路。
VL2(光 耦合器)与输入、输出侧相关电路构成了IGBT管压降检测电路、IGBT模块的OC信号报肇电路和故障复位电路。14脚为IGBT管压降信号(IGBT过
电流检测信号)输人脚,14、 16脚经外接元件并联于IGBT的C、E极上。正常工作状态下,IGBT保护电路不动作,VL2为截止状态,输入侧内部85触发器的输出(V端保持低电 平,对〃"的信号输人通路不起控制作用,同时6脚内部DMOS管因无工作偏压处于截止状态,6脚(模块OC信号输出脚)为高阻态(高电平),电路正常工 作;当负载过重或驱动电路本身故障或8丁有开路性损坏时,14脚检测到IGBT导通期间的管压降达7V以上时,内部IGBT保护电路起控,11脚内部功率 输出电路被先行封锁,VL2导通,RS触发器Q端变为高电压,脉冲信号输入门电路被封锁,同时6脚内部DMOS管子导通,将低电平的OC信号输人CPU或 前级故障信号处理电路。当!V触发器被触发后,将维持故障锁定状态,VL1的传输通路被切断,驱动信号无输出。直到A316的5脚(复位信号输入脚)接收 一个外来(该信号常用CPU输出)低电平的复位信号时,RS触发器状态复位,VL1等电路构成的脉冲信号传输通道,才又重新开通。15脚在OC故障信号输 出时为高电平,也可配合外接电路进行故障报警等,一般电路中,15脚也被空置未用OC故障信号、供电电源欠电压信号和脉冲输入信号,决定着AJ316的输 出状态。输出推挽电路具有互锁功能,确保上、下管子不会同时导通。当供电电压低落到12V以下时, 为避免IGBT欠激励而导致电路故障,内部欠电压电路保护电路起控,推挽输出电路的0PC05下 管被强制导通,将驱动脉冲输出端下拉为低电平,IGBT被截止;在脉冲输入信号有效期间,IGBT保护电路检测到IGBT的管压降异常上升时,则保护电路 起控,推挽输出电路的上部达林顿管被关断,并由RS触发器实施了故障锁定。同时推挽输出电路下管中并联的0V105管子中放大倍数小的管子先行导通,经外 接触发回路将IGBT的C、E结电容所存储的电荷进行缓慢释放,使IGBT软关断,避免由主电路的分布电感形成过大的Ldi/dt,易使IGBT超出安全 工作区而损坏。A316J的各脚电阻值见表4-2 (MF47型指针式万用表U XI、档测量)。
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