正弦變頻器的電流檢測電路

1、正弦SINE300型7.5kW變頻器的電流檢測電路電源/驅(qū)動(dòng)板與主板 MCU由J2、J5排線端子連接，J2端子排之前的位于電源/驅(qū)動(dòng)板的部分為電流檢 測的前級(jí)電路，J5端子以后的位于 MCU主板的部分為后級(jí)電路。但考慮電路的銜接及電路分類、信號(hào)流 程分析的方便，將正弦 SINE300型7.5kW變頻器電流檢測與保護(hù)電路，分為前置電流檢測電路、電流檢 測模擬信號(hào)處理電路一、電流檢測模擬信號(hào)處理電路二、電流檢測開關(guān)量信號(hào)形成電路等四個(gè)部分，旨在 分析和說明本例機(jī)型對(duì)前置電路所輸出的電流檢測信號(hào)，在后續(xù)電路不同的處理方法，以生成模擬或開關(guān) 量的多路電流檢測信號(hào)，提供MCU內(nèi)部運(yùn)算控制、顯示、故障報(bào)警

2、、停機(jī)保護(hù)所需的各種信號(hào)。U+U0Z23R211501R42 1501U*R7C25 C26U5 A78401 Vc1 Vc2 8R112 ini6803 in24 Veioutl 7out2 6Ve2 5W*WV0V*R605011R1922002R2092002R1912002Z24西1R341501C32 C34U7A7840C40680R381 Vc12 in1Vc2 8out1 73 in2out2 64 Ve1Ve2 5+5VR63 R396801 1201R40C- 68 二6801R61002R41 1201圖1前置電流檢測電路1、前置電流檢測電路（見上圖1）前置電流檢測電路，

3、即 J2/J5端子排之前、位于電源/驅(qū)動(dòng)板的電流檢測電路，由電流采樣電阻、線性 光耦合器、運(yùn)放電路等組成。本例機(jī)型的前置電路，只在U、V輸出電流回路串接了 R7、R60兩只電流采樣電阻，未采集 W相電流檢測信號(hào)。或者說，省去了W相的直接電流采樣電路，而由采集到的U、V相電流信號(hào)，“間接合成”出W相信號(hào)。由電工-正弦交流理論可知，三相交流電具有固定的空間/電氣相位關(guān)系，并相互構(gòu)成電流回路，任意兩意交流電中必定包含了第三相交流電的信息，在已知U、V相交流值的情況下，可由計(jì)算得出W相的交流值。U、V相輸出電流信號(hào)，在電流信號(hào)采樣電阻R7、R60上轉(zhuǎn)化為數(shù)十毫伏級(jí)的微弱電壓信號(hào)，送入由線性光耦合器 U

4、5、U7的輸入側(cè)，經(jīng)光、電隔離和放大處理后，輸出差分信號(hào)再送入后級(jí)U6內(nèi)部兩級(jí)運(yùn)算放大器構(gòu)成的差分放大器，形成UI、VI電流檢測信號(hào)；UI、VI電流檢測信號(hào)，先送入加法器電路U6（由U6的12、13、14腳內(nèi)部電路和外圍元件組成），經(jīng)過矢量加減，得到“合成” W相電流檢測信號(hào)WI ,然后UI、VI、WI等3相輸出電流檢測信號(hào)，經(jīng) J2/J5排線端子的25、26、28腳，輸入MCU主板電 路。2、電流檢測模擬信號(hào)處理電路一（見圖2）圖2電流檢測模擬信號(hào)處理電路一5由前置電路來的 UI、VI、WI電流檢測信號(hào)，分作第一路電流檢測信號(hào)，輸入運(yùn)放電路U40內(nèi)部3組放大器和外圍元件組成的電壓跟隨器電路，

5、緩沖后由1、7、8腳輸出，經(jīng)D25、D26、D27保護(hù)二極管雙向鉗位（3只二極管為貼片3端器件，每只內(nèi)含兩只二極管），RC濾除高頻干擾信號(hào)后，形成 03V以內(nèi)的電壓信號(hào)，輸入 MCU的模擬信號(hào)輸入端124、125、126腳。供內(nèi)部程序運(yùn)算，用于在操作顯示面板顯 示運(yùn)行電流值，起動(dòng)過程中檢測電流變化，進(jìn)行 VVV/F控制等。圖1、圖2都用于對(duì)檢測電流信號(hào)一一表現(xiàn)為交流電壓信號(hào)一一模擬信號(hào)的處理和放大，可稱為模擬 信號(hào)放大電路。3、電流檢測模擬信號(hào)處理電路二（見圖 3）由U6輸出的UI、VI、WI電流檢測信號(hào)，分作第二路電流檢測信號(hào)，輸入由運(yùn)放電路U9內(nèi)部4組放大器和外圍元件組成的精密全波整流器電

6、路，整流為六波頭的脈沖動(dòng)直流信號(hào)電壓后，經(jīng)U6反相器8、IUVW綜合電流信號(hào)，送入后9、10腳內(nèi)部放大器和外圍元件構(gòu)成的反相器，對(duì)信號(hào)進(jìn)行倒相處理，形成 級(jí)電路。U9的1/2/3、8/9/10、12/13/14腳內(nèi)部3組放大部與外接 D4、D5、D6二極管及其它元件，組成精密半波整流器電路，UI、VI、WI電流檢測信號(hào)同時(shí)送入反相求各電路（ U9 5、6、7內(nèi)部放大器和外圍元件構(gòu) 成），U9內(nèi)部4組放大器及外圍元件組成了3相全波整流器電路，若運(yùn)行頻率為 50Hz,則U9的7腳輸出整流電壓為六波頭的頻率值為300Hz的三相電流檢測信號(hào)。圖3電流檢測模擬信號(hào)處理電路二IUIW 綜合電流信號(hào)，經(jīng) U

7、40 （12/13/14腳內(nèi)部放大器）和外圍元件組成的電壓跟隨器處理后，輸出IUVW*信號(hào)供后級(jí)電路，同時(shí)IUVW*信號(hào)，經(jīng)鉗位電路、RC濾波電路進(jìn)行鉗位保護(hù)和濾波后，送入MCU的模擬信號(hào)輸入端123腳，供內(nèi)部程序進(jìn)行輸出缺相等故障判斷。該路信號(hào)雖然為模擬電壓信號(hào)，但MCU對(duì)輸入信號(hào)不再注意電壓幅度的高低，只是據(jù)信號(hào)“波頭數(shù)”的多少，判斷是否有輸出缺相故障發(fā)生一一 更注重信號(hào)的數(shù)字性質(zhì)。該信號(hào)只在運(yùn)行中起作用。整流器電路因非線性元件一一二極管的引入，已經(jīng)不是純粹的線性放大器了，整流二極管對(duì)輸入電壓 極性有選擇性作用，但電路仍舊利用線性放大來完成整流過程，輸出信號(hào)的幅度和波形還是與輸入信號(hào)幅 度

8、相關(guān)的。圖3電路勉強(qiáng)仍可算作是模擬信號(hào)放大處理電路。電路的動(dòng)、靜態(tài)工作點(diǎn)仍有線性放大器的特 點(diǎn)°因MCU的最高工作電壓為 3.3V,所以送入MCU引腳的檢測電壓信號(hào)， 均須由二極管鉗位于 3.6V以 下，適應(yīng)MCU對(duì)輸入信號(hào)幅度的要求。檢測電路正常時(shí)，其車出電壓值按設(shè)計(jì)要求，是不會(huì)超出3.3V以上的，增加3V鉗位與保護(hù)二極管，是考慮到檢測電路故障時(shí)形成過高的電壓輸出等異常情況的，主要是 保護(hù)MCU弓I腳，不受危險(xiǎn)電壓的沖擊而損壞。4、電流檢測開關(guān)量信號(hào)形成電路（見圖4）由圖3精密全波整流器電路輸出的IUVW/IUVW*綜合電流信號(hào)，分為 3路，分別輸入由3個(gè)遲滯電壓比較器組成的故障報(bào)

9、警信號(hào)形成電路，在過載故障發(fā)生時(shí)，向 MCU輸入故障報(bào)警信號(hào)。遲滯電壓比較器電路， 是以LM393 （內(nèi)含兩級(jí)開路集電極輸出的電壓比較器）為核心組成的輸出電流 檢測、故障報(bào)警信號(hào)產(chǎn)生電路，將輸入模擬信號(hào)與基準(zhǔn)電壓相比較，形成（邏輯）開關(guān)量信號(hào)輸出。為適 應(yīng)MCU的輸入電壓極性要求，采用 U6 （74LVS14A0內(nèi)含六組反相器電路）對(duì)信號(hào)倒相處理后，再輸入 MCU的相關(guān)引腳。本型機(jī)型，以U10的1/2/3腳內(nèi)部電路和外圍元件組成的電流報(bào)警信號(hào)形成電路，空置未用。綜合電流檢測信號(hào)IUVW雖然含有U1、VI、WI等3相電流信號(hào)的信息，但電流開關(guān)量信號(hào)形成電路，對(duì)區(qū)別是哪相發(fā)生了過流故障，并無“興趣

10、”（其實(shí)也無法區(qū)分，也無必要區(qū)分），電路只對(duì)IUVW信號(hào)中“電壓峰值”起到識(shí)別作用，只要任一相（其實(shí)勢(shì)必形成兩相的電流通路）發(fā)生過流，其信號(hào)電流峰值達(dá)到遲滯電壓比較器的基準(zhǔn)電壓值時(shí)，輸出端的電平狀態(tài)即發(fā)生翻轉(zhuǎn)，向 MCU報(bào)出開關(guān)故障信號(hào)。圖4電流檢測開關(guān)量信號(hào)形成電路U10的5/6/7腳內(nèi)部放大器及外圍元件組成的遲滯電壓比較器，與U30的1/2/3腳內(nèi)部放大器及外圍元件組成的遲滯電壓比較器，實(shí)際構(gòu)成對(duì)IUVW/IVUW* （二者電壓幅度是相同的）電流檢測信號(hào)的梯級(jí)電壓比較器電路。當(dāng)IUVW 電流檢測信號(hào)電壓幅度到達(dá)U10的5腳門限電壓值1.57V時(shí)，U10的輸入端7腳變?yōu)?15V低電平，經(jīng)后級(jí)

11、雙向電壓鉗位、RC濾波和U6兩級(jí)反相器電路處理為 0V低電平信號(hào)，輸入MCU的106腳；當(dāng)電流檢測信號(hào)的電壓幅度繼續(xù)上升時(shí)，由U30的同相輸入端3腳輸入的IUVW*電流檢測信號(hào)，到達(dá)U30的2腳比較基準(zhǔn)電壓值的 2.52V以上時(shí)，U30的輸出端1腳變?yōu)楦唠娖诫妷?，?jīng)后續(xù)二 極管鉗位、RC濾波電路和反相器電路，倒相為 0V的故障報(bào)警信號(hào)，輸入 MCU的8腳。（試分析）由兩電路的不同的門限電壓設(shè)置值可看出，當(dāng)變頻器運(yùn)行中過流程度較輕和過流時(shí)間較短 時(shí)，U10發(fā)送“瞬時(shí)過流”報(bào)警信號(hào)，同時(shí)在操作顯示面板給出“ HOC”的故障代碼警示，變頻器采用 較長的延時(shí)時(shí)間處理該信號(hào)，若此過流信號(hào)在延時(shí)時(shí)間以內(nèi)消

12、失，變頻器繼續(xù)正常運(yùn)行。當(dāng)輕度過流的過 流時(shí)間較長，U10的向MCU發(fā)送的報(bào)警信號(hào)，即被 MCU判斷為“穩(wěn)態(tài)過流”故障信號(hào)，同時(shí)在操作顯 示面板給出“ SOC”故障代碼提示，實(shí)施停機(jī)保護(hù)。當(dāng)變頻器運(yùn)行中過流程度較重（如大于1.5倍以上額定電流） 時(shí)，U30向CMU發(fā)送“重度過流信號(hào)”，同時(shí)給出“ SC （意為驅(qū)動(dòng)故障）”報(bào)警提示，不經(jīng)延時(shí)處理，即實(shí)施停機(jī)保護(hù)。5、電流檢測電路的檢修方法電流檢測電路的三種狀態(tài)：1 ）正常的檢測和故障報(bào)警狀態(tài)，可稱為正常工作狀態(tài)。電路本身不需要進(jìn)行檢修。但需注意，在維修過程中，當(dāng)維修中因某些原因造成動(dòng)態(tài)不能滿足電流檢測的條件，或靜態(tài)時(shí)使電路狀態(tài)變化，輸出故障保護(hù)信

13、號(hào)時(shí)，須弄明白保護(hù)信號(hào)產(chǎn)生的來龍去脈，采用人工暫時(shí)屏蔽故障保護(hù)信號(hào)的方法，以利檢修工作 的進(jìn)行。2）因電路本身故障原因，檢測電路失去電流檢測作用和故障報(bào)警作用。這方面的可能性較低。3）電路本身故障，使靜態(tài)工作點(diǎn)發(fā)生變化，在上電后的待機(jī)狀態(tài)，即“生成”錯(cuò)誤的故障報(bào)警信號(hào)輸出，使MCU 檢測到“故障信號(hào)”存在，實(shí)施故障鎖定措施，變頻器不能投入正常運(yùn)行。這種故障發(fā)生的概率最高，所以對(duì)電流檢測電路的檢修，更多的是對(duì)其“誤報(bào)過流故障”的故障進(jìn)行修復(fù)?！罢`報(bào)故障”的發(fā)生原因，一般是因電源互感器內(nèi)部電路損壞、用于處理模擬和開關(guān)量信號(hào)的集成運(yùn)算放大器損壞，電流檢測電路的供電電壓異常等。一般而言，只有電流檢測電

14、路的靜態(tài)工作點(diǎn)正常，供電、電路元件本身全都正常，所表現(xiàn)出來的直流靜態(tài)工作點(diǎn)正常，那么在工作中，對(duì)交流信號(hào)的傳輸和檢測， 就必然也是正常的。檢修要點(diǎn)：是根據(jù)電路的具體形式，如電壓跟隨器或反相放大器、同相放大器的電路形式，根據(jù)檢測 和比較輸入端、輸出端靜態(tài)電壓值，判斷電路是否正常。6、電流檢測電路的故障實(shí)例（以正弦SINE303 型 7.5kW 變頻器電流檢測與保護(hù)電路為例）故障實(shí)例1變頻器上電后即報(bào) SC故障，處于保護(hù)狀態(tài)?？凑f明關(guān)于SC故障代碼的說明，意為驅(qū)動(dòng)電路不良或IGBT 損壞導(dǎo)致的故障，但檢測逆變電路，和驅(qū)動(dòng)電路都沒有問題。而且該機(jī)型驅(qū)動(dòng)電路本身無 IGBT 故障檢測功能，是不會(huì)向MCU 報(bào)出 SC 故障的。由以上分析，可以判斷SC 故障是由電流檢測電路向MCU 報(bào)出的。 “重度過流”故障報(bào)警信號(hào)是由 U30的 1/2/3 及后續(xù)電路向MCU 報(bào)出的。檢測 MCU （ U1 ）的 8 腳為 0V 低電平，說明電流檢測電路確實(shí)向MCU 發(fā)送了故障報(bào)警信號(hào)。往前檢測 U6 的 1 腳的電壓值為接近0V 的低電平。U6 反相器電路的輸入、輸出側(cè)不符合反相邏輯關(guān)系，判斷反相器電路U6損壞。更換74LVS14A0貼片IC ,故障排除。故障實(shí)例2變頻變頻器上電后即報(bào) SC故障，處于保護(hù)狀態(tài)。測MCU的8腳為0V電平，說明