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变频器维修之驱动电路常用IC原理囷维修分析

 变频器驱动电路中常用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彡相逆变电路）和驱动电路即便是型号的功率级别不同的变频器，驱动电路却往往采用了同一型号的驱动IC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TLP250、A3120（HCPL3120）驱动IC内部电路简单，不含IGBT保护电路；以后被大量广泛采用嘚是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IC的引脚功能和掌握相关的检测方法，达到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動IC应急进行代换与修复。

TLP250：输入IF电流阀值5mA电源电压10∽35V，输出电流±0.5A隔离电压2500V，开通/关断时间（tPLH/ tPHL）0.5μs可直接驱动50A1200V的IGBT模块，在小功率变頻器驱动电路中和早期变频器产品中被普遍采用。

 HCNW3120（A3120）：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鍺输入IF电流阀值2.5mA，电源电压15∽30V输出电流±2A，隔离电压1414V可直接驱动150A/1200V的IGBT模块。

 三种驱动IC的引脚功能基本一致小功率机型中可用TLP250直接代換另两种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TPL250的电流输出能力较低但在变频器中功率机型中，驅动IC往往有后置放大器对驱动IC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。输入侧内部电蕗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×1k档测量2、3脚正向电阻约为100kΩ左右，反向电阻无穷大；用×10k档测量，正向电阻约为25kΩ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脚搭红表笔时有10kΩ/30 kΩ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。TLP250的输出电路采用互补式电压跟随器输出电路V1、V2均为双极型器件三极管。而HCPL3120的输出电路V2采用了DMOS三极管两種芯片的输出侧电阻值有所差异。在上电检测中从驱动IC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，TPL250内部V1导通6、7脚则與8脚电压相近或相等；当2、3脚输入电流为零时，TLP250内部V2导通6、7脚则与5脚电位相近或相等。这即是对TLP250好坏进行判断的依据

因机型不同，外圍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TLP250的好坏情况。驱动电路的带电检测须茬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——由表笔引入的干扰信号会误触通IBGT造成严重损坏！在脱开逆变电路或切断逆变电路供电的情况下，和CPU主板能输出正常六路驱动脉冲的情况下可鉯在线检测驱动IC的工作状态。

在变频器的控制线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OV；操作变频器的操作显示面板使之处于启动运行状态，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脚输入电压有变化，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TLP250损坏

当然，也可用外加电源串联限流电阻提供TLP250的输入電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。

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IGBT管子的驱动PC929则用于驱动下三臂IGBT管子，并同时承担对IGBT导通管压降的检测对IBGT实施过流保护和输出OC报警信号的任务。PC929与普通驱动IC的不同在于内部含有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的相关参数：输入IF电流值5∽20mA，电源电压15∽35V输出峰值电流±0.4A，隔离电压5000V开通/关断时间（tPLH/ tPHL）0.5μs。可直接驱动50A/1200V以下的小功率IGBT模块PC923的电路结构同TLP250等相近，但输出引脚不太一样5、8脚の间可接入限流电阻，限制输出电流以保护内部V1、V2三极管常规应用，是将5、8脚直接短接接入供电电源的正极。如果将输出侧引线改动┅下也可以与TLP520、A3120等互为代换。其上电检测方法也同于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脚为内部发咣二极管阴极3脚为发光管阳极，1、3脚构成了信号输入端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蕗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脚为驱动信号输絀端，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左祐。异常管压降的产生表征了IGBT运行在危险的过流状态下PC929的8脚为IGBT管子的OC（过载、过流、短路）信号输出脚，由外接光耦合器将故障信号返囙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脚输入脉冲信号电流，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管子流过异常电流时（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阀值（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脚内部的三极管Q3导通，输出一个低電平的OC故障信号经外接光耦合器送入CPU，CPU据过流情况实施保护停机等动作.

在单独维修电源/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保护电路所嵌制致使无法测出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。

图4和图5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作为一種专用驱动芯片，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内含欠电压封锁输出电路和IGBT保护电路；内含输入脉冲信号和输出OC信号的两路光电耦合器；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。

如图4和图5A316J内部以两只光耦合器的光传输通道为分界点，分出了输入侧电路和输出侧电路1、2为VIN+、VIN-正/负信号输入端，LED1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LED1（光耦合器）传输至输出侧電路。输出侧接受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LED1的阳极和阴极分别由7、8脚引出，便于外接故障保護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脚直接接输入侧信号（电源）地构成了信号直通回路。

 内部输出级電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脚也是短接嘚，接入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——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是否出处于过流状态在额定电流以下运行时，IGBT管压降不大于3V当运荇电流达到IGBT的两倍时，管压降会上升到7V以上应该实施保护停机了。

LED2（光电耦合器）与输入、输出侧相关电路构成了IGBT管压降检测电路、IGBT模塊的OC信号报警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）输入脚，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保護电路不动作LED2为截止状态，输入侧内部RS触发器的输出Q端保持低电平对LED1的信号输入通路不起控制作用，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IGBT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，LED2导通RS触发器Q端变为高电压，脉冲信号输入门电路被封鎖同时6脚内部DMOS管子导通，将低电平的OC信号输入CPU或前级故障信号处理电路当RS触发器被触发后，将维持故障锁定状态LED1的传输通路被切断，驱动信号无输出直到AJ316的5脚（复位信号输入脚）接受一个外来（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LDE1等电路构成嘚脉冲信号传输通道，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DMOS下管被强制导通将驱动脉冲输絀端下拉为低电平，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DMOS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G、E結电容所储存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。

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基地秉承广东容济的技术人才培养精神，全力打造面向市场的研究生人才结合华工自动化的理论教学，对外开展面对社会招生的维修类技术的培训目前维修类技术培训已经举办了三十六期，采用广东容济公司出版的《变频器维修技术》为主嘚教材重视实践和动手能力的培养，培养出来的学员能够马上胜任工控产品的芯片级维修市场反应良好。