東元TECO變頻器7200MA維修案例

變頻器開關電源電路實例 兼論電容C23在電路中的重要作用 先看以下電路實例：圖1 東元7200PA 37kW變頻器開關電源電路圖2 海利普HLPP001543B型15kW變頻器開關電源電路圖1、圖2電路結構和原理基本上是相同的，下面以圖1電路例簡述其工作原理。開關電源的供電取自直流回路的530V直流電壓，由端子CN19引入到電源/驅動板。電路原理簡述：由R26R33電源啟動電路提供Q2上電時的起始基極偏壓，由Q2的基極電流Ib的產生，導致了流經TC2主繞組Ic的產生，繼而正反饋電壓繞組也產生感應電壓，經R32、D8加到Q2基極；強烈的正反饋過程，使Q2很快由放大區進入飽合區；正反饋電壓繞組的感應電壓由此降低，Q2由飽合區退出進入放大區，Ic開始減??；正反饋繞組的感應電壓反向，由于強烈的正反饋作用，Q2又由放大狀態進入截止區。以上電路為振蕩電路。D2、R3將Q2截止期間正反饋電壓繞組產生的負壓，送入Q1基極，迫使其截止，停止對Q2的Ib的分流，R26-R33支路再次從電源提供Q1的起振電流，使電路進入下一個振蕩循環過程。 5V輸出電壓作為負反饋信號（輸出電壓采樣信號）經穩壓電路，來控制Q2的導通程度，實施穩壓控制。穩壓電路由U1基準電壓源、PC1光電耦合器、Q1分流管等組成。5V輸出電壓的高低變化，轉化為PC1輸入側發光二極管的電流變化，進而使PC1輸出測光電三極管的導通內阻變化經D1、R6、PC1調整了Q2的偏置電流。以此調整輸出電壓使之穩定。這是我的第二本有關變頻器維修的書中，對圖1電路原理的簡述，由于疏漏了對電容C23作用的講解，給讀者帶來了一些疑問：1）N2繞組負電壓是如何加到Q2基極的？2）電路中C23的作用是什么？3）C23的充、放電回路是怎樣走的？這3問題涉及到電路原理的關鍵部分，無它，開關電管Q2即無法完成由飽和導通進入放大區快速截止重新導通的工作狀態轉換，三個問題其實又只是一個問題，即圖1的C23（或圖2中的C38）究竟對電路的工作狀態轉換起到怎樣的重要作用？先不要忙，將這個問題暫且按下不表，先說幾句題外話。在由3844（42/43/34）PWM脈、沖芯片為核心構成的開關電源電路，大行其道的今天，像圖1、圖2這樣由兩只雙極型晶體管構成的開關電源電路（對比于集成器件，或稱之為分立元件構成的開關電源），仍占有一席之地，在數個變頻器廠家的產品中，得到應用。難道是廠家技術人員有懷舊情結嗎？還是為了降低生產成本？其實都不是！采用分立元件做開關電源，設計人員肯定有更全面和深入的考慮。而我的維修經驗而論，我比較傾向和于由分立元件構成的開關電源，理由是其工作可靠性高，故障率低，使用和維修都比較讓人放心。電路的質量，并不取決于采用集成器件或分立元件，也不取決于電路采用元器件的數量多少，這些都是形式而非本質。相對于分立元件組成的電路，集電器件是否就具有技
術上的性和工作上的可靠性？則真的是一個問號，不可一概而論。比較二者電路的設計難度，分立元件的電路，恐怕難度要更高一些。與分立元件的電源相比，用3844做成的電源電路，更像一個“傻瓜型”電路，有固定的電路模式，與成型外圍作成一個電路單元，可以應急取代任意開關電源電路，達到修復目的（有的技術人員已經這樣做了）。電路的元件數量愈少，電路結構越是精簡，電路的故障率就越低，這是一個被實踐驗證的法則。實際維修中，采用圖1電路形式的開關電源，故障率和可靠性，要優于用集成器件做成的開關電源。個別電源，停電時還好好兒的，一上電，開關管就炸掉了，說明即使“傻瓜型”電路，在設計上也不可掉以輕心，關鍵環節電路參數的嚴重偏離，也會導致電路設計的失??！電路的優劣，還是不在于電路的形式，不在于采分立元件還是采用集成器件，用3844芯片設計的大量經典電路，在變頻器開關電源中也同樣大展身手。此處不再討論兩種電路的優劣，結合電路的振蕩工作過程，說明一下電容C23在電路中所起的作用。1）變頻器上電瞬間，由啟動電阻R20R30、R33提供開關管Q2的基極正偏電流，Q2由截止狀態進入放大區，產生IC2開關變壓器TC2的主繞組N1流入電流而儲能反饋繞組N2產生上+下-的感應電壓信號，經二極管D8輸入開關管Q2的基極，使Ib2IC2，直至IC2達到飽和。引發振蕩狀態的個轉折。

二極管D8正偏導通時，相當于將電容C23短接
（二者成并聯接法），C23在此時不起作用。2）Q2飽和期間（IC2不再變化），N2感生正電壓降低Ib2IC2令Q2退出飽和區進入放大區。IC2N2反饋繞組感應電壓反向，從圖1上看，感應電壓的極性變為上負下正，二極管D8反偏截止。假設沒有C23，電路的振蕩過程將被阻斷，C23的作用在此時凸顯，使振蕩過程能夠得以繼續。D8反偏，相當于開路，解除了對C23的短接，N2感應電壓，經R32、Q2的be結到電源地，形成C23的充電電流通路，在C23上形成左+右-的充電電壓。從信號耦合的角度來看，C23將N2繞組的負向電壓耦合至Q2的基極，對Q2基極的正偏電壓進行了衰減，進一步令Ib2IC2，強烈正反饋過程
使Q2很快進行截止狀態。再換一個角度看，在中、高頻電路，雙極型晶體管的be結電容，不容忽視。正向偏壓，對結電容實施了上+下-的充電控制，C23所提供的負向電壓，有反向強制將Q2的be結電容所儲存的“電荷拉出”的作用，能令其快速截止。這是為什么要對開關管施加負向偏壓的原因。Q2截止后，因為C23上負壓的存在（C23上的負壓有一個放電時間），C23能維持一定時間的截止，直到其負向電壓能量因放電小于啟動電阻所提供正向電壓的能量，Q2由截止狀態，又會再度進入放大區。C23的負電壓（對Q2來講，是負向偏壓）的放電回路：C23右端的負電壓R32N2繞組到地DC530V供電電源啟動電阻C23的左端，C23的充電電荷被泄放，Q2負向偏壓消失，為重新導通創造了條件。并聯在分流管Q1的c、e極的二極管D9，限制Q2的be結反偏壓峰值，有保護Q1、Q2的作用。電路設計中，C23容量的選值和R33的選值，作為RC時間常數影響到振蕩周期，需要與開關變壓器的相關參數一起，精心核算和核準。 變頻器對DC530V電壓的采樣和檢測，是通過對開關變壓器二次繞組的電壓采來完成的。我在相關博文已道破這一“機密”。在這里順便再說明一下。 開關管Q2飽合導通時，將TC2的初級繞組接入直流530V電源的兩端，此時D11正偏導通，將N3繞組感應所得，與DC530V供電成比例的負向交流電壓，整流和后續RC電路濾波后，得到-42V電壓采樣信號，送MCU主板電路，用于直流電壓顯示、過、欠壓報警與停機保護，控制VVV/F輸出等。D11和D12接于同一個次級繞組上，D12在Q2截止期間（TC2釋放磁能）正偏導通，D將“大面積低幅度”的正向脈沖整流作為5V供電，而D11卻在Q2飽和導通期間，將“小面積而幅度高”的負向脈沖做負向整流后，作為電壓檢測信號。D12整流電壓是穩壓的，D11輸出電壓值，僅反映DC530V電壓的高低，并非穩壓輸出，為什么？朋友們可以自己先想一下，我的直流電壓檢測電路的問號一文中已有討論，上此不予贅述了。圖3 直流回路電壓采樣等效電路及波型示意圖 為驅動電路供電的六組相互隔離的整流、濾波電路，省略未畫，請參見第四章驅動電路的相關內容。 對開關電源故障的檢修，要找出其中關鍵的脈絡。

主要有兩個電路環節： 1、振蕩支路包括起振電路和正反饋信號回路。起振電路：由TC2主繞組、開關管Q2的C、E極構成Q2的IC電流回路，和由啟動電阻R26R33、Q2的發射結構成的（Ib）起振回路；由TC2的正反饋繞組（有時稱自供電繞組，本電路中兼有兩種身份）、R32、D8構成的正反饋回路。起振回路和正反饋回路，二者結合，共同提供了和滿足了開關管Q2的振蕩條件。 2、穩壓支路U1、PC1、Q1構成了對輸出電壓的采樣電路和電壓誤差放大電路，以Q1對Q2的IC的分流作用實現對輸出電壓的調整