正弦变频器的电流检测电路.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流正弦变频器的电流检测电路.精品文档.正弦SINE300型7.5kW变频器的电流检测电路电源/驱动板与主板MCU由J2、J5排线端子连接，J2端子排之前的位于电源/驱动板的部分为电流检测的前级电路，J5端子以后的位于MCU主板的部分为后级电路。但考虑电路的衔接及电路分类、信号流程分析的方便，将正弦SINE300型7.5kW变频器电流检测与保护电路，分为前置电流检测电路、电流检测模拟信号处理电路一、电流检测模拟信号处理电路二、电流检测开关量信号形成电路等四个部分，旨在分析和说明本例机型对前置电路所输出的电流检测信号，在后续电路不同的处理方法，以生成模拟或开关量的多路电流检测信号，提供MCU内部运算控制、显示、故障报警、停机保护所需的各种信号。图1 前置电流检测电路1、前置电流检测电路（见上图1）前置电流检测电路，即J2/J5端子排之前、位于电源/驱动板的电流检测电路，由电流采样电阻、线性光耦合器、运放电路等组成。本例机型的前置电路，只在U、V输出电流回路串接了R7、R60两只电流采样电阻，未采集W相电流检测信号。或者说，省去了W相的直接电流采样电路，而由采集到的U、V相电流信号，“间接合成”出W相信号。由电工-正弦交流理论可知，三相交流电具有固定的空间/电气相位关系，并相互构成电流回路，任意两意交流电中必定包含了第三相交流电的信息，在已知U、V相交流值的情况下，可由计算得出W相的交流值。U、V相输出电流信号，在电流信号采样电阻R7、R60上转化为数十毫伏级的微弱电压信号，送入由线性光耦合器U5、U7的输入侧，经光、电隔离和放大处理后，输出差分信号再送入后级U6内部两级运算放大器构成的差分放大器，形成UI、VI电流检测信号；UI、VI电流检测信号，先送入加法器电路U6（由U6的12、13、14脚内部电路和外围元件组成），经过矢量加减，得到“合成”W相电流检测信号WI，然后UI、VI、WI等3相输出电流检测信号，经J2/J5排线端子的25、26、28脚，输入MCU主板电路。2、电流检测模拟信号处理电路一（见图2）图2 电流检测模拟信号处理电路一由前置电路来的UI、VI、WI电流检测信号，分作第一路电流检测信号，输入运放电路U40内部3组放大器和外围元件组成的电压跟随器电路，缓冲后由1、7、8脚输出，经D25、D26、D27保护二极管双向钳位（3只二极管为贴片3端器件，每只内含两只二极管），RC滤除高频干扰信号后，形成03V以内的电压信号，输入MCU的模拟信号输入端124、125、126脚。供内部程序运算，用于在操作显示面板显示运行电流值，起动过程中检测电流变化，进行VVV/F控制等。图1、图2都用于对检测电流信号表现为交流电压信号模拟信号的处理和放大，可称为模拟信号放大电路。3、电流检测模拟信号处理电路二（见图3）由U6输出的UI、VI、WI电流检测信号，分作第二路电流检测信号，输入由运放电路U9内部4组放大器和外围元件组成的精密全波整流器电路，整流为六波头的脉冲动直流信号电压后，经U6反相器8、9、10脚内部放大器和外围元件构成的反相器，对信号进行倒相处理，形成IUVW综合电流信号，送入后级电路。U9的1/2/3、8/9/10、12/13/14脚内部3组放大部与外接D4、D5、D6二极管及其它元件，组成精密半波整流器电路，UI、VI、WI电流检测信号同时送入反相求各电路（U9 5、6、7内部放大器和外围元件构成），U9内部4组放大器及外围元件组成了3相全波整流器电路，若运行频率为50Hz，则U9的7脚输出整流电压为六波头的频率值为300Hz的三相电流检测信号。图3 电流检测模拟信号处理电路二IUIW综合电流信号，经U40（12/13/14脚内部放大器）和外围元件组成的电压跟随器处理后，输出IUVW*信号供后级电路，同时IUVW*信号，经钳位电路、RC滤波电路进行钳位保护和滤波后，送入MCU的模拟信号输入端123脚，供内部程序进行输出缺相等故障判断。该路信号虽然为模拟电压信号，但MCU对输入信号不再注意电压幅度的高低，只是据信号“波头数”的多少，判断是否有输出缺相故障发生更注重信号的数字性质。该信号只在运行中起作用。整流器电路因非线性元件二极管的引入，已经不是纯粹的线性放大器了，整流二极管对输入电压极性有选择性作用，但电路仍旧利用线性放大来完成整流过程，输出信号的幅度和波形还是与输入信号幅度相关的。图3电路勉强仍可算作是模拟信号放大处理电路。电路的动、静态工作点仍有线性放大器的特点。因MCU的最高工作电压为3.3V，所以送入MCU引脚的检测电压信号，均须由二极管钳位于3.6V以下，适应MCU对输入信号幅度的要求。检测电路正常时，其输出电压值按设计要求，是不会超出3.3V以上的，增加3V钳位与保护二极管，是考虑到检测电路故障时形成过高的电压输出等异常情况的，主要是保护MCU引脚，不受危险电压的冲击而损坏。4、电流检测开关量信号形成电路（见图4）由图3精密全波整流器电路输出的IUVW/IUVW*综合电流信号，分为3路，分别输入由3个迟滞电压比较器组成的故障报警信号形成电路，在过载故障发生时，向MCU输入故障报警信号。迟滞电压比较器电路，是以LM393（内含两级开路集电极输出的电压比较器）为核心组成的输出电流检测、故障报警信号产生电路，将输入模拟信号与基准电压相比较，形成（逻辑）开关量信号输出。为适应MCU的输入电压极性要求，采用U6（74LVS14A0 内含六组反相器电路）对信号倒相处理后，再输入MCU的相关引脚。本型机型，以U10的1/2/3脚内部电路和外围元件组成的电流报警信号形成电路，空置未用。综合电流检测信号IUVW虽然含有U1、VI、WI等3相电流信号的信息，但电流开关量信号形成电路，对区别是哪相发生了过流故障，并无“兴趣”（其实也无法区分，也无必要区分），电路只对IUVW信号中“电压峰值”起到识别作用，只要任一相（其实势必形成两相的电流通路）发生过流，其信号电流峰值达到迟滞电压比较器的基准电压值时，输出端的电平状态即发生翻转，向MCU报出开关故障信号。图4 电流检测开关量信号形成电路U10的5/6/7脚内部放大器及外围元件组成的迟滞电压比较器，与U30的1/2/3脚内部放大器及外围元件组成的迟滞电压比较器，实际构成对IUVW/IVUW*（二者电压幅度是相同的）电流检测信号的梯级电压比较器电路。当IUVW电流检测信号电压幅度到达U10的5脚门限电压值1.57V时，U10的输入端7脚变为-15V低电平，经后级双向电压钳位、RC滤波和U6两级反相器电路处理为0V低电平信号，输入MCU的106脚；当电流检测信号的电压幅度继续上升时，由U30的同相输入端3脚输入的IUVW*电流检测信号，到达U30的2脚比较基准电压值的2.52V以上时，U30的输出端1脚变为高电平电压，经后续二极管钳位、RC滤波电路和反相器电路，倒相为0V的故障报警信号，输入MCU的8脚。（试分析）由两电路的不同的门限电压设置值可看出，当变频器运行中过流程度较轻和过流时间较短时， U10发送“瞬时过流”报警信号，同时在操作显示面板给出“HOC”的故障代码警示，变频器采用较长的延时时间处理该信号，若此过流信号在延时时间以内消失，变频器继续正常运行。当轻度过流的过流时间较长，U10的向MCU发送的报警信号，即被MCU判断为“稳态过流”故障信号，同时在操作显示面板给出“SOC”故障代码提示，实施停机保护。当变频器运行中过流程度较重（如大于1.5倍以上额定电流）时，U30向CMU发送“重度过流信号”，同时给出“SC（意为驱动故障）”报警提示，不经延时处理，即实施停机保护。5、电流检测电路的检修方法电流检测电路的三种状态：1）正常的检测和故障报警状态，可称为正常工作状态。电路本身不需要进行检修。但需注意，在维修过程中，当维修中因某些原因造成动态不能满足电流检测的条件，或静态时使电路状态变化，输出故障保护信号时，须弄明白保护信号产生的来龙去脉，采用人工暂时屏蔽故障保护信号的方法，以利检修工作的进行。2）因电路本身故障原因，检测电路失去电流检测作用和故障报警作用。这方面的可能性较低。3）电路本身故障，使静态工作点发生变化，在上电后的待机状态，即“生成”错误的故障报警信号输出，使MCU检测到“故障信号”存在，实施故障锁定措施，变频器不能投入正常运行。这种故障发生的概率最高，所以对电流检测电路的检修，更多的是对其“误报过流故障”的故障进行修复。“误报故障”的发生原因，一般是因电源互感器内部电路损坏、用于处理模拟和开关量信号的集成运算放大器损坏，电流检测电路的供电电压异常等。一般而言，只有电流检测电路的静态工作点正常，供电、电路元件本身全都正常，所表现出来的直流静态工作点正常，那么在工作中，对交流信号的传输和检测，就必然也是正常的。检修要点：是根据电路的具体形式，如电压跟随器或反相放大器、同相放大器的电路形式，根据检测和比较输入端、输出端静态电压值，判断电路是否正常。6、电流检测电路的故障实例（以正弦SINE303型7.5kW变频器电流检测与保护电路为例）故障实例1变频器上电后即报SC故障，处于保护状态。看说明关于SC故障代码的说明，意为驱动电路不良或IGBT损坏导致的故障，但检测逆变电路，和驱动电路都没有问题。而且该机型驱动电路本身无IGBT故障检测功能，是不会向MCU报出SC故障的。由以上分析，可以判断SC故障是由电流检测电路向MCU报出的。“重度过流”故障报警信号是由U30的1/2/3及后续电路向MCU报出的。检测MCU（U1）的8脚为0V低电平，说明电流检测电路确实向MCU发送了故障报警信号。往前检测U6的1脚的电压值为接近0V的低电平。U6反相器电路的输入、输出侧不符合反相逻辑关系，判断反相器电路U6损坏。更换74LVS14A0贴片IC，故障排除。故障实例2变频变频器上电后即报SC故障，处于保护状态。测MCU的8脚为0V电平，说明为电流检测电路误报故障。按U6的1、2脚U30的1、2、3脚U6U9电路的反向顺序往前检查，在J2/J5排线端子的26脚测到UI电流检测信号为-5V的错误信号电压，在25端子测VI则为正确的0V。检测U5的6、7脚差分输出电压值为0V，说明U6的1、2、3脚内部电路放大器损坏，输出错误的-5V电流检测信号。运放电路U6的型号为UF347，手头有LM324贴片IC，引脚功能与之完全一样，代换LM324后，变频器上电显示正常，试机，故障排除。