PC929驱动详解.doc

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1、一、驱动电路由PC923、PC929组合的构成和电路原理：图4。9由PC923、929构成的驱动电路上图为东元7200MA变频器U相的驱动电路图。15kW以下的驱动电路,则由PC923、PC929经栅极电阻直接驱动IGBT,中、大功率变频器,则由后置放大器将驱动IC输出的驱动脉冲进行电流放大后,再输入IGBT的G、E极。驱动电路的电源电路,是故障检测的一个重要环节。不但要求其输出电压范围满足正常要求,而且要求其具有足够的电流功率输出能力带负载能力。每一相的上、下IGBT驱动电路,因IGBT的触发回路不存在共电位点,驱动电路也需要相互隔离的供电电源。由开关电源电路中的开关变压器N1绕组输出的交流

2、电压,经整流滤波成直流电压后,又由R68、ZD110V稳压管简单稳压电路处理成正18V和负10V两路电源,供给驱动电路。电源的OV零电位点线接入了IGBT和E极,驱动IC的7、8脚则接入了28V的电源电压。光电耦合器的输入、输入侧应有独立的供电电源,以形成输入电流和输出电流的通路。PC2的2、3脚输入电流为+5V*提供。此处供电标记为+5V*,是为了和开关电源电路输出的+5V相区分。+5V*供电电路见下图图4。10。该电路可看作一简单的动态恒流源电路,R179为稳压管ZD7的限流电阻,稳压管的击穿电压值为3。5V左右。基极电流回路中稳压电路的接入,使流过Q8发射结的Ib维持一恒定值,进而使动态

3、Ic也近似为恒定值。忽略Q8的导能压降,电路的静态输出电压为+5V,但动态输出电压值取决于所接负载电路的动态电阻值,而动态输出电流总是接近于恒定的,这就使得驱动电路内部发光二极管能维持一个较为恒定的光通量,从而使传输脉冲信号的陡峭度比较理想,使传输特性大为改善。图4.10驱动光耦输入侧供电电路由CPU主板来的脉冲信号,经R66加到PC2的3脚,在输入信号低电平期间,PC2形成由+5V*、PC2的2、3脚内部发光二极管、信号源电路到地的输入电流通路,PC2内部输出电路的V1三极管导通,PC2的6脚输出高电平信号18V峰值,经R65为驱动后置放大电路的Q10提供正向偏流,Q10的导通将正供电电压经

4、栅极电阻R91引入到IGBT的G极,IGBT开通；在输入信号的高电平期间,PC2的3脚也为+5V高电平,因而无输入电流通路,PC2内部输出电路的V2三极管导通,6脚转为负压输出10V峰值,也经R65为驱动后置放大电路的Q11提供了正向偏流,Q11的导通将供电的负10V电压IGBT的截止电压经栅极电阻R91引入到IGBT的G极,IGBT关断。在待机状态,PC2的3脚输入信号一直维持在+5V高电平状态,则驱动电路一直输出-10V的截止电压,加到CN1触发端子上,IGBT一直维持于可靠的截止状态上。因IGBT栅-射极间结电容的存在,对其开通和截止的控制过程,实质上是对IGBT栅-射极间结电容进行充、

5、放电的过程,这个充、放电过程形成了一定的峰值电流,故功率较大的IGBT模块须由Q10、Q11组成的互补式电路跟随放大器来驱动。PC929驱动IC是兼有对驱动脉冲隔离放大和模块故障检测双重身份的。由CPU主板来的脉冲信号从1/2、3脚输入到PC923内部的光电耦合器,从11脚输出后,经Q13、Q15两级互补式电压跟随器的功率放大后,引入IGBT2的G极。此为驱动脉冲的信号传输电路路；PC929的9脚为模块故障检测信号输入脚。正常工作状态下,PC923的11脚输出正的激励脉冲电压,使Q13导通,Q15截止。Q13的导通,将正偏压加到IGBT2的G极上,IGBT2进入饱合开通状态。忽略IGBT导通管

6、压降的话,IGBT2的导通即将U输出端与负直流供电端N短接起来,提供输出交流电压的负半波通路,在导通期间,只要变频器是在额定电流以内运行,IGBT2的正常管压降应在3V以下。PC929的9脚内部电路与外接R76、R77、D24、R73、D27等元件构成了IGBT管压降检测电路,二极管D27和负极接入了IGBT2的C极。PC929在发送激励脉冲的同时,内部模块检测电路与外电路配合,检测IGBT2的管压降,当IGBT2正常开通期间,忽略IGBT2的导通压降,U点电压与N点电压应是等电位的,N点与该路驱动电源的零电位点为同一条线。可以看到,D27的正向导通将a点电压也嵌位为零电位点,即PC929的9

7、脚无故障信号输入,IGBT模块OC信号输出8脚为高电平状态。当变频器的负载电路异常或IGBT2管子故障时,虽有激励偏压加到IGBT2的G极,但严重过流状态或管子已经开路性损坏,使IGBT2的管压降超过7V或更大,U、N之间高电压差使D27于反偏截止,此时a点电压是由R73引入的、经R78、D24、R77分压的高于7V的电压值,经R76输入到PC929的9脚。PC929内部IGBT保护电路起控,对IGBT进行强行软关断动作,同时控制8脚内部三极管导通,进而提供了PC4光电耦合器的输入电流,于是PC4将低电平的模块OC信号报与CPU,变频器实施OC故障保护停机动作。IGBT模块管压降检测电路中的D

8、24二极管和C48组成消噪电路,以避免负噪声干扰引起误码保护动作。让我们看一下驱动电路中R91、R92的作用,实际电路中,这四只电阻因模块损坏带来的强电压冲击下,造成开路、短路和阻值变大的情况比比皆是,它在电路中究竟起到什么样的作用呢？R91将驱动脉冲引入到IGBT管子的G极,表面看来,这是一只限流电阻,限制流入IGBT管子的驱动充电电流,因管子的开通速度越快越好,开通时间越短越好,电阻的阻值就不能太大,以避免与IGBT管子的输入结电容形成一个较大时间常数的延时电路,这是不希望出现的。但过激励也会导致IGBT的损坏。此电阻多为级功率电阻,随变频器功率的增加其阻值而减小。此电阻还有一个真名,叫栅

9、极补偿电阻,因为IGBT管子的触发引线有一定长度,触发脉冲又是数千赫兹的高频信号,所以有一定的引线电感存在,而引线电感会引起触发脉冲的畸变,产生电压过冲现象,严重时会造成IGBT管子的误开通而造成损坏。接入R82可对引线电感有所补偿,尽量使引线呈现电阻特性而不是电感特性,有效缓解引线电感造成的电压过冲现象。R92并接于IGBT管子的G、E极间,第一个好处就是,将IGBT管子输入端的高阻状态变为低阻状态。我们新购得的IGBT逆变模块,出厂前是用短路线将G、E极短接的,这样万一有异常电压如静电加到G、E极时,短路线将很快将此一异常电压吸收,而避免了IGBT管子因输入端子遭受冲击而损坏。电路中并联R

10、92也有同样的用处,在一定程度上将输入的差分电压变为了共模电压,消解了异常输入电压的冲击作用；R92对瞬态干扰有一定的作用,又可称之为消噪电阻；R92并接于IGBT管子的G、E极间,与IGBT的G、E结电容相并联,此电阻又被称为旁路电阻,将瞬态干扰造成的对G、E结电容的充电电流旁路掉,以避免其误开通。R92又形成了IGBT管子输入结电容的电荷泄放通路,能提高电荷的泄放速度,对于只采用单电压供电无负供电电压的驱动电路,此电阻的作用尤其重要。二、驱动电路的故障特征：1、变频器上电显示正常,接受启动信号,即跳OC过电流、SC短路故障代码。故障原因：A、逆变模块有开路性损坏,先是击穿短路,炸裂后开路,

11、或G、E间内部损坏,虽有触发信号引入,但IGBT不能正常开通,驱动电路的IGBT管压降检测到异常大的导通压降,报出OC故障。B、驱动电路本身故障。a、无激励脉冲加到IGBT的触发端子,一是从CPU主板来的脉冲信号未能正常输入到驱动电路的输入端。二是驱动电路有元件损坏,阻断了脉冲信号的传输；b、驱动电路不能输出正常的驱动脉冲,多为电流输出能力不足。一是驱动IC的后置放大器低效,元件变值等。二是驱动供电不良,不能达到足够的电压幅值和输出足够的驱动电流,使IGBT不能被良好开通或处于导通与截止的临界点上,IGBT管压降检测电路检测到大于7V的管压降信号而报出OC故障。2、接受启动信号,即跳GF接地故

12、障。变频器说明书中对接地故障的定义是,当负载电流大于额定电流的0.5倍左右时,即判断为GF故障。其实GF也是OC故障的一个别名。在报警层次上有所不同。GF故障在启动初始阶段报出。3、上电,变频器未接受启动信号,变频器在系统自检结束后,即报出OC故障。故障原因：A、变频器的三相输出电流检测电路损坏,误报过流故障,如电流互感器内部电路损坏,误报出严重过流故障；B、驱动电路的OC信号报警电路损坏,如PC929的8脚内部DMOS三极管短路,也会误报OC信号。4、变频器上电后,既不跳OC、SC等故障代码,也拒绝所有操作,出现类似于程序进入死循环的死机现象,先不要轻易判断为CPU故障,可能为变频器上电检测

13、到有OC信号输出,出于保护目的,故拒绝所有操作,以免造成人为的故障扩大。5、变频器上电,操作显示正常,启动后能在操作面板上监控到输出频率数值上升的现象,但U、V、W输出端子无电压输出,变频器也不报出OC故障,好像是运行正常。故障原因为驱动IC输入侧的+5V*供电电源丢失,六路驱动IC都无脉冲信号输入,驱动电路处于待机状态,IGBT管压降检测电路在休息中,并不向CPU返回OC信号。6、变频器空载或轻载运行正常,但带上一定负载后,出现电机振动、输出电压偏相、频跳OC故障等。故障原因：A、驱动电路的供电电源电流功率输出能力不足；B、驱动IC或驱动IC后置放大器低效,输出内阻变大,使驱动脉冲的电压幅度

14、或电流幅度不足；C、IGBT低效,导通内阻变大,导通管压降增大。三、PC923、PC929驱动电路的检修方法：本节检修,是指在脱开变频器主电路后的,对电源/驱动板的单独上电检修,整机连接条件下,可不敢对驱动电路这么动手啊,别说逆变电路有六只IGBT,有六十只IGBT也不够报销的。1、静态检测：电路处于静止状态时,相对于+5V供电的地端,PC2的2、3脚电压都为5V,直接测量2、3脚之间电压差为0V；以驱动电源的OV为O电位参考点,CN1触发引线端子的1线应为-10V。PC923、PC929的脉冲输出脚和后置放大器的中点电压都为-10V。检测CN1端子的1线为OV,故障原因为A、驱动电源稳压二极

15、管击穿短路；B、栅极电阻R91开路。检测CN1端子的1线为+18V左右,故障原因为A、PC2的后置放大电路中的Q10短路；B、PC2内部输出电路中的V1短路；C、检查PC2的2、3脚如有电压输入,如1、2V,故障原因为前级信号电路故障,使PC2形成了输入电流的通路。2、动态检测：电路静态时测得CN1端子1线上有正常的-10V截止电压,及测量各静态工作点基本正常其实各检测点都表现为供电电压,要进一步检查动态对脉冲信号的传输能力,验证电路确无故障或使隐蔽故障暴露出来。但接着碰到了麻烦事,因为在检修中电源/驱动板与主电路已经脱开,CN1、CN2触发端子是空置的,并未接入IGBT,而且在未查明驱动电路

16、是否工作正常之前,也是绝不允许在IGBT接入530V直流供电的情况下,连接驱动电路并检查驱动电路的故障的。因为IGBT的脱开,驱动电路输出的脉冲无论正常与否,只要按一下操作面板的起动FWD或运行RUN按键,操作显示面板即跳出OC故障。原因在于驱动芯片PC929在脉冲信号传输期间,PC929的9脚内部电路与外部元件构成的IGBT管压降检测电路,因IGBT的未接入相当于开路,而检测到极大的管压降信号,而向CPU报出OC信号,CPU采取了停机保护措施。必须采取相应手段,屏蔽掉驱动电路对IGBT管压降检测功能,令CPU正常发送六路脉冲,以利驱动电路的进一步检修。看下图电路PC929驱动电路的IGBT管

17、压降检测等效电路图：图4。11 IGBT管压降检测等效电路图如果把IGBT看作一只开关的话,则在正向激励脉冲作用期间,这只开关是闭合状态的,b点电压也为0V, 嵌位二极管D1正向导通,将a点电压嵌位为0V,PC929的9脚因输入低电平信号,IGBT保护电路不起控,驱动电路正常传输脉冲信号；当IGBT开路性损坏或检修中脱开主电路后,同样在正向激励脉冲作用期间,D1反偏截止在与主电路连接状态下或因脱开主电路呈开路状态,则a点电压则上升为R1与R2对+18V和-10V的分压值,从两只电阻的阻值可看出,a点电压上升为近17V,PC929的9脚内部IGBT保护电路起控,Q3导通,由8脚输出OC信号,经光耦器件输入CPU,CPU报出OC故障,并停止了脉冲信号的输出。如果单纯将OC信号切断,如将图4、9中的PC4开路或短接PC2的1、2脚,以中断OC信号的输出,固然可以令CPU不停止脉冲信号的输出,但PC929中IGBT保护电路还处于起控状态,PC929仍无法正常输出驱动脉冲信号。正确的做法是：短接上图b、c点,即将D1的负极与OV供电引出线短接,人为造成IGBT的正常导通状态,糊弄一下IBGT管压降检测电路,使之在激励脉冲作用期间,能一直检测到IGBT的正常状态,内部保护电路不起控。