整理變頻器CPU主板電路之二

1、精品文檔變頻器CPU主板電路之二CPU基本電路的檢修一、何謂CPU?CPU又稱為中央處理器，內(nèi)部一般由運算器、控制器、內(nèi)存儲器、輸入/輸入設(shè)備及接口電路及總線組成，但隨技術(shù)的進步和更新，其功能和結(jié)構(gòu)均在不斷擴充中一一將原來CPU圍的電路也集成于器件內(nèi)部。將其硬件設(shè)備擴充到一定的規(guī)模，而使之能獨立完成一個較復(fù)雜的控制功能，此器件即被稱為微處理器了。在微處理器家庭中，為適用于某一應(yīng)用領(lǐng)域，在硬件構(gòu)成上一一有別于通用型微處理器（如80C51）有一定的獨特性，如本文特指的變頻器經(jīng)常采用的微處理器，具備六路PW瞰輸出功能，能實現(xiàn)特定的控制功能，又被稱為微控制器，別名：單片機。因業(yè)內(nèi)人士一般將變頻器單片機

2、的電路板之為CPUi板，從約定俗成和定義簡潔的方面考慮，本書也將微控制器（單片機），稱之為CPU了。用于變頻器控制的微控制器，又稱之為“高性能微控制器”，應(yīng)該是有針對性開發(fā)的專用的控制芯片。它起碼要有六路PWM波形成和輸出電路及端口，以輸出驅(qū)動電路所需的六路逆變脈沖；應(yīng)有A/D轉(zhuǎn)換電路，有的還要有D/A轉(zhuǎn)換電路，以適應(yīng)對模擬輸入、輸出量的處理；要有高速脈沖信號的輸入、輸出口和串口發(fā)送、接收引腳，以處理各種數(shù)字信號和通訊指令；應(yīng)內(nèi)含程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，以存放程序和原始數(shù)據(jù)及可改寫的數(shù)據(jù)；當(dāng)然還要有端口驅(qū)動器、各類緩沖器等其它電路，在此不予以贅述了。出入各CPU引腳的，不外乎是一些“信號流”，

3、有的只進不出，往而不返，如控制端子輸入的開關(guān)量信號；有的只出不進，是去而不還，如控制端子上CPU輸出的繼電器信號等；有的是往返進入，有進有出的，如CPU與存儲器，與操作顯示面板之間傳遞的信號，此類信號是雙向流通的。而所有信號，從信號性質(zhì)上又可以分為兩大類：數(shù)字的和模擬的。電壓檢測信號、調(diào)速指令信號往往是模擬的，變頻器的起、停信號、鍵盤輸入信號等，是數(shù)字（開關(guān)量）的。有些模擬信號，經(jīng)過CPU外部電路處理，如經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，才送入CPU的，有的是直接進入CPU引腳，由內(nèi)部A/D電路進行處理的，采用的CPU硬件功能電路的不同，必然導(dǎo)致了外部電路的有異。微控制器的集成度已經(jīng)夠高，它不可能無限制地將所有

4、工作運行所需的電路元件集成進去，它需要外電路的積極配合才能開展工作。有三個工作條件是微控精品文檔精品文檔制器所必需的，所謂CPU工作的三要素：+5V電源、工作時鐘、復(fù)位信號。工作時鐘的產(chǎn)生是由微控制器內(nèi)部電路和引腳外接晶振元件組成振蕩電路來生成的；復(fù)位信號是由外部復(fù)位電路在上電時產(chǎn)生一個低電平（或高電平）的脈沖，送入微控制器的復(fù)位引腳，由內(nèi)部電路控制程序復(fù)位，進入待機狀態(tài)。微控制器內(nèi)部的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器（簡稱內(nèi)存），其容量和用途是有限制的，常需要外接存儲器一一電可擦除存儲器，來完成一些數(shù)據(jù)存儲任務(wù)（尤其是用戶程序存儲任務(wù)），這應(yīng)該構(gòu)成了微控制器正常工作的四要素。微控制器要接受用戶的指令或

5、將變頻器的工作狀態(tài)報知用戶，需要一個人機界面一一操作顯示面板，與用戶交流，與操作顯示面板的正常通訊，成為微控制器工作的五要素。止匕外，微控制器各個引腳外接電路的好壞均會影響到微控制器的運行，自此微控制器工作的七要素或八要素乃至幾十要素，都緊隨出現(xiàn)。其實，依筆者看來，從微控制器（或微處理器，CPU）本身來說，三要素則是工作所必需的，無它，則微控制器即不能滿足最基本的工作條件。其它原因造成微控制器不工作，是外電路的事了，并不是微控制器本身沒干活呀，對吧。微控制器的外部電路、外部框架已經(jīng)搭好，但僅僅一個“軀體”還不能干活，還需要一個指揮軀體運作的“靈魂”一一軟件控制程序。變頻器的程序容量較大，一般長

6、達(dá)數(shù)千行。微控制器的控制功能，集中于兩個點上，一是對輸出PWM波的控制，這一點，優(yōu)質(zhì)和劣質(zhì)變頻器可看出明顯的不同，有的PMW波非常優(yōu)化，有的則有些糟糕一一輸出力矩小運行噪聲大，載波干擾也大；一是對逆變模塊的狀態(tài)檢測和保護，這一任務(wù)是配合外電路共同完成的，也是變頻器電路濃墨重彩的著筆之處。微控制器一一單片機技術(shù)成自動化控制技術(shù)的一個重要技術(shù)分支，希望朋友們自己要多掌握一些相關(guān)的知識，在此不予贅述。CPU主板的故障率相對較低，約占總故障率的20%左右。故障多發(fā)生在故障檢測電路和控制端子電路上。對故障檢測電路的檢修成為CPU主板的一個重要檢修內(nèi)容。故障檢測電路（電壓、電流檢測的后續(xù)電路、溫度檢測電路

7、）本身損壞時，就有點“謊報軍情”故意搗亂的意思了，明明主電路是好的，卻報出“輸出短路”故障或輸出缺相故障，明明風(fēng)扇是好的，卻報出過熱故障等，使變頻器不能投入正常運行。控制端子的故障多為用戶誤接入高電壓，而將端子供電24V燒壞，端子輸入電路開路損壞和光電耦合器的輸入側(cè)電路損壞等。CPU芯片本身的損壞率在2%以下，由于牽扯到技術(shù)封鎖，內(nèi)部程序不易破精品文檔精品文檔解。一般維修人員不具備修復(fù)芯片的相關(guān)條件，只有采購原廠家配件，或更換CPU主板，所謂“板級修理”。但對于CPU芯片的局部損壞，卻可以用變通手段嘗試修復(fù)。、CPU的基本電路的原理解析和檢修:+5VC72C05"IMP809M+5V

8、I16MC2+5V8Vcc7Nc+5VR188000C1XnU2cs1R21/22/23/24302x45Vss6DRGDI3CLK2Q93C66CcVV648RESET69X270X1U3:S87C196MH8P4.4/AD126P4.5/AD134P4.6/AD143P4.7/AD151RVcc82REB73DRA64DVss515176BVREF44+5VU1A8+5VRXD039B7TXD0403DZ64GNDY5P0.2/ACH248+5VRXD135TXD1R2103R2103o2R產(chǎn)11VccD27屈丕VREFC7一104一-SG-SG+操作顯示面板234567R26512P4.

9、3/AD11J2J1R33101U6，C25-1-681+5VC4圖1英威騰變頻器G9/P9機型CPU主板電路之一：CPU的基本電路由電源供電、晶振電路、復(fù)位電路、外存儲器電路及操作面板顯示電路，構(gòu)成了變頻器CPU主板電品&CPU工作的基本電路。復(fù)位電路由專用三端復(fù)位元件IMP809M、R188構(gòu)成，上電瞬間為CPU的48腳提供一個低電平脈沖，猶如喊了一聲“各就各位”的口號，實現(xiàn)系統(tǒng)清零，使程序開始運行。3、4、6、8腳外接U2(93C66)存儲器，出廠時內(nèi)部已經(jīng)存放了用戶控制程序，在調(diào)試和使用過程中，用戶對某些參數(shù)要進行隨時修改，以滿足控制要求，修改后的參數(shù)值由U2完成存儲任務(wù)。CP

10、U與存儲器相連的四個引腳均由上拉電阻接+5V。變頻器的通用機型，操作顯示面板，已經(jīng)作為一個獨立器件，與CPU進行通訊聯(lián)系。接受用戶指令和傳送相關(guān)監(jiān)控數(shù)據(jù)。操作顯示面板內(nèi)含CPU、解碼驅(qū)動、LDE顯示器等電路，能與CPU進行雙向數(shù)據(jù)傳輸。操作顯示面板與CPU精品文檔精品文檔之間，RS442/RS485收發(fā)器實現(xiàn)通訊中轉(zhuǎn)，用戶操作信號由A、B差動輸入端輸入，由R接收器輸出端送入CPU;CPU輸出的數(shù)據(jù)信號由D發(fā)送器輸入端進入，由Y、Z驅(qū)動器輸出端進入操作顯示面板。為適應(yīng)新的控制要求，變頻器的控制端子還設(shè)有RS485通訊口，圖中U6（15176B）為RS485收發(fā)器，D,驅(qū)動器輸入端，接CPU的TX

11、D1串口發(fā)送腳；R,接收器輸出端，接CPU的RXD1用口接收腳；A、B,為接收器輸入、驅(qū)動器輸出端；DE、DR,驅(qū)動器、接收器允許信號端，驅(qū)動器和接收器的工作狀態(tài)受此二腳電平信號控制。CPU基本電路的檢修：CPU（單片機芯片）本身的故障率是極低的，除遭遇異常情況如變頻器引入雷擊造成的損壞外，本身的電氣故障較難碰到。CPU的損壞，因內(nèi)含運行程序，廠家又出于技術(shù)保密的原因，盡最大能地采取了一些保密措施，要將程序解密重新對芯片進行重新拷貝是困難的，一般維修人員不具備此種技術(shù)手段，這其中是否也牽扯到知識產(chǎn)權(quán)的問題。因而損壞后，需購用廠家提供的已拷貝好程序的芯片，或從同型號線路板上拆換，或干脆換用CPU

12、主板。對CPU基本電路的檢查，其主要內(nèi)容是對其工作三要素等工作條件的檢查，和故障修復(fù)。CPU基本電路（三要素電路）的故障，其典型特征是：上電后在供電電源正常的情況下，操作面板無顯示，或顯示某一固定字符，變頻器無初始化動作過程，操作顯示面板所有操作失靈，類似電腦出現(xiàn)了不能開機和“死機”的現(xiàn)象。故障實質(zhì)：A、CPU工作三要素中，至少有一種要素不具備，CPU不能完成初始化操作，程序被“卡”住；B、CPU在自檢過程中檢測到危險故障信號存在，處于故障鎖定狀態(tài)中，所有操作被拒絕，這是一種“CPU主板偽故障”現(xiàn)象，檢查和排除故障原因，則CPU“罷工”的現(xiàn)象也隨即消失；C、由雷擊或供電異常造成CPU芯片損壞。

13、注意：遇有程序“卡死”現(xiàn)象，務(wù)必先行排除“CPU主板偽故障”，再對CPU的三要素等電路進行檢修。重點檢測OC故障報警電路，詳見第四、五章的相關(guān)內(nèi)容。對CPU是否已經(jīng)工作或三要素電路是否正常，可先作一大致判斷：1、變頻器上電期間，細(xì)聽充電繼電器或接觸器有無“啪嗒”的吸合聲，若精品文檔精品文檔有，說明三要素電路都正常，CPU已經(jīng)正常工作。變頻器處于故障鎖定狀態(tài)；2、觀察操作顯示面板，一般有一個“開機字符”，呈閃爍狀態(tài)，最后穩(wěn)定為某一字符，有此過程，說明CPU也已進入工作狀態(tài)；3、若清楚該臺變頻器的上電自檢流程，和各腳電位狀態(tài)，可配合檢測相關(guān)引腳的電壓變化和電平狀態(tài)，來判斷CPU是否處于工作中。利用

14、操作顯示面板的按鍵信號輸入，和檢測電路關(guān)鍵點的電壓變化，判斷CPU是否處于工作狀態(tài)。如按動面板復(fù)位鍵，變頻器狀態(tài)信號輸出繼電器，可能會發(fā)出“啪嗒”的開、斷聲，同時驅(qū)動電路的復(fù)位信號輸入腳，有相應(yīng)的電平變化。說明CPU能接受復(fù)位信號輸入，能將故障復(fù)位信號輸出到驅(qū)動電路。說明CPU工作正常。4、判斷CPU沒有投入正常工作，即可對CPU的基本工作電路進行檢查。對三要素電路的故障檢查：1、+5V供電電源電路的檢查。檢查CPU的VDD、VSS、Vcc、GND等電源引腳，確認(rèn)電源供電正常，+5V供電回路往往接有千微法級較大容量的濾波電容器，當(dāng)其容量嚴(yán)重下降時，會使CPU程序運行紊亂，易進入程序“死循環(huán)”；

15、2、對復(fù)位電路的檢查。復(fù)位電路為CPU的復(fù)位腳提供一個上電期間的脈沖電壓，脈沖電壓的持續(xù)時間為的級。故需低脈沖進行的復(fù)位的，其CPU復(fù)位腳靜態(tài)電壓應(yīng)為+5V,需高電平脈沖進行復(fù)位的，其CPU復(fù)位引腳靜態(tài)電壓應(yīng)為0V低電平。對復(fù)位電路的檢測手段：a、根據(jù)CPU復(fù)位引腳需要高或低脈沖電壓的要求，測量其靜態(tài)電位是否正常。若靜態(tài)電壓異常，查CPU外接復(fù)位電路?？蓴嚅_CPU的引腳，判斷復(fù)位腳電壓異常是復(fù)位電路故障，還是CPU復(fù)位腳內(nèi)部電路損壞。b、若靜態(tài)電壓正常，可用人工強制復(fù)位方法判斷CPU是否能正常工作。方法是：對CPU復(fù)位腳靜態(tài)電壓為+5V的，則用金屬導(dǎo)線快速將復(fù)位腳與供電地短接一下，人為形成一個

16、低電平信號輸入；若復(fù)位腳靜態(tài)電壓為0V的，則用導(dǎo)線快速將復(fù)位腳與供電+5V短接一下，人為形成一個高電平信號輸入。c、人為強制復(fù)位后，若CPU能正常工作一一表現(xiàn)為操作顯示面板的內(nèi)容變化，可以修改參數(shù)等，說明外接復(fù)位電路故障，須更換損壞元件。對于采用專用三線端復(fù)位元件的，如無原型號元件代換，可搭接阻容元件電路應(yīng)急修復(fù)；d、強制復(fù)位無效，應(yīng)進一步檢查晶振電路。3、對晶振電路的檢查。晶振電路的外接元件較少，一般僅為兩只電容和一精品文檔精品文檔只晶振。常見電路故障有以下幾種：a、因晶振元件內(nèi)部為石英晶體，受劇烈震動后容易碎裂失效；b、如晶振或電容漏電，會使信號傳輸損失加大，而引起停振；c、CPU內(nèi)部振蕩

17、電路損壞，須更換CPU。測量方法：a振蕩脈沖為矩形方波，其引腳電壓約為0V和+5V的中間值，兩引腳的電壓值略有差異，相差0.3V左右。其中X2弓|腳為2V,X1則為2.3V,測量時請用數(shù)字萬用表的電壓檔，如用指針表，因內(nèi)阻偏低，有可能引起停振，使測量結(jié)果不準(zhǔn)；b、若晶振微漏電或性能變差，當(dāng)用電烙鐵輕燙晶振引腳時，CPU主板恢復(fù)正常工作，可能為晶振低效，更換晶振；c、懷疑晶振不良時，最好是用優(yōu)良品振代換試驗。摘下晶振進行檢查時，可以晃動晶振，細(xì)看其內(nèi)部有無細(xì)微的嘩啦聲，若有，說有晶振受振動而損壞。測量兩引腳電阻值，應(yīng)為無窮大，有電阻值說明漏電。若有電容表測量兩引腳，好的晶振有PF級電容量，其容量

18、值隨標(biāo)稱頻率的升高而減小。e、晶振的不良，還有一種極少見的情形，因結(jié)構(gòu)形變或機械老化原因，使電路振蕩頻率偏低于標(biāo)稱頻率值，CPU時鐘脈沖的頻率降低，一是導(dǎo)致系統(tǒng)運行變緩，二是因時間基準(zhǔn)值變化，使CPU對路輸入電流、電壓信號的采樣出現(xiàn)誤差，使運行電流、輸出頻率的顯示值也出現(xiàn)相應(yīng)偏差，嚴(yán)重時有可能使CPU出現(xiàn)誤停機動作。此一故障的出現(xiàn)，則表現(xiàn)為疑難故障了。對CPU外部存儲器的故障檢查。變頻器能操作運行，參數(shù)也能被修改，但停電后，修改后的參數(shù)值不能被存儲，說明機器有外部存儲器故障。檢測CPU外部存儲器的供電和與CPU連接線的狀態(tài)，因CPU與外部存儲器之間傳輸?shù)氖恰懊}沖流信號"，很難從其引腳

19、電壓的高低判斷其工作好壞，可以從同型號的線路板上拆下好的存儲器，代換試驗。注意：若換用新的空白存存儲器芯片，機器將不能工作，存儲器中出廠時已存有用戶控制參數(shù)。有條件的，可將原存儲內(nèi)容拷貝到新的芯片中?；驈闹圃鞆S家購得存儲器芯片，進行更換。操作顯示面板的檢修。1、操作顯示面板上的按鍵及調(diào)速電位器，都屬于易損件，又因工作現(xiàn)場粉塵、潮濕等因素，造成接觸不良，造成輸出頻率不穩(wěn)或按精品文檔精品文檔鍵不能寫入?yún)?shù)等故障，可更換修復(fù)；2、LED顯示筆劃不全，因震動造成內(nèi)部驅(qū)動電路引腳虛焊、銅箔條斷裂等，焊接修復(fù)；3、供電正常，但無顯示，或顯示一固定字符，可有相同型號的操作面板代換試驗，若屬于操作顯示面板故障

20、，可從廠家購得整體更換。4、代換操作顯示面板無效，檢查CPU與操作顯示面板之間的數(shù)據(jù)通訊模塊一一RS442/RS485收發(fā)器等電路。故障實例1:一臺7.5kW英威騰變頻器，上電聽不到充電繼電器的吸合聲，所有控制操作失靈。測量CPU的復(fù)位控制腳48腳的電壓為2.3V,正常時應(yīng)為5V,判斷三線端復(fù)位元件IMP809M不良，更換后故障排除。故障實例2:一臺富士5000G9S11kW變頻器，操作面板顯示一固定字符，不能操作，出現(xiàn)“程序卡住”現(xiàn)象，判斷為CPU主板故障，開機測量CPU復(fù)位控制腳靜態(tài)電壓正常，用人為強制復(fù)位法無效，用烙鐵加熱晶振焊腳時，故障消失，更換優(yōu)良晶振元件和兩只瓷片電容后，故障排除。故障實例3:一臺富士5000G9S47kW變頻器，操作面板顯示一固定字符，不能操作，出現(xiàn)“程序卡住”現(xiàn)象判斷為CPU主板故障。開機檢查，上電，測量CPU供電電源正常，但CPU芯片燙手，出現(xiàn)異常