变频器原理图讲解ppt课件.ppt

德莱尔变频器原理图讲解1 开关电源5 逆变电路整流电路充电电路驱动电路 德莱尔变频器基础知识培训资料 德莱尔 1 一 开关电源 1 DC电源芯片UC2844 2844 输出补偿 电压反馈 电流取样 RT CT 地 脉冲输出 供电电源VCC Vref基准电压 2 开启电压16V 关断电压10V工作环境温度 40 105 工作结温 150 VCC供电电源 15V 先将电压调节为高于开启电压 3 2844内部电路图 4 时序图 电容CT 锁存器置位输入 电流输入取样 输出 输入 补偿 锁存器复位输入 大RT 小CT 大RT 小CT 5 2 我们以DVB POWER E线路板的开关电源为例 多路输出 CMM连续模式 开关电源 配有TL431的光耦反馈电路 主输出 5V辅输出 15V 15V G24 24V VBUS电压驱动电源VD1 VD1 VD2 VD2 VD3 VD3 VD4 VD4 24V 6 电流变化 F频率计算 1脚电压就升高 7 配TL431的多路输出的光耦反馈电路的特点 1 利用TL431型可调式精密并联稳压器构成二次侧的误差电流放大器 再通过光耦合器对主输出进行精确地调整 2 除主输出提供主要的反馈信号之外 其他辅助输出也按照一定的比例关系反馈到TL431的2 50V基准端 这对于全面提高多路输出式开关电源的稳压性能具有重要意义 3 主输出的负载调整率可达 1 8 反溃电路 当输出电压VCC升高时 输出电压经R71及R8分压得到的采样电压 即稳压管431的参考电压 也升高 431的稳压值也升高 流过光耦中发光二极管中的电流减小 导致流过光电三极管中的电流减小 误差放大器的增益变大 导致UC2844脚6输出驱动信号的占空比变小 输出电压下降 达到稳压的目的 当输出电压降低时 误差放大器的增益变小 输出的开关信号占空比变大 最终使输出电压稳定在设定的值 9 因为 UC2844的电压反馈输入端脚2接地 所以 误差放大器的输入误差总是固定的 改变的是误差放大器的增益 反馈环路是影响开关电源稳定性的重要电路 如反馈电阻电容错 漏 虚焊等 会产生自激振荡 故障现象为 波形异常 空 满载振荡 输出电压不稳定等 10 电路工作原理 R73 C85 D10 D13 C78 R91 R146组成缓冲器 和MOS管连接 使开关管电压应力减小 EMI减少 不会发生二次击穿 在开关管DQ1关断时 变压器的原边线圈易产生尖峰电压和尖峰电流 这些元件组合一起 能很好地吸收尖峰电压和电流 从R92 R93测得的电流峰值信号参与当前工作周波的占空比控制 因此是当前工作周波的电流限制 当芯片3脚上的电压达到1V UC2844停止工作 开关管DQ1立即关断 11 R87 R88和DQ1中的结电容 CGS CGD 构成RC网络 其充放电直接影响开关管的开关速度 电阻过小R1 易引起振荡 电磁干扰也会很大 电阻过大 会降低开关管的开关速度增加损耗 DZ14为18V稳压管将MOS管的GS电压限制在18V以下 从而保护了MOS管 MOS管的驱动电压不能超过20V 12 2844芯片6脚输出为矩形波 DQ1的栅极受控电压为矩形波 当其占空比越大 DQ1导通时间越长 变压器所储存的能量也就越多 当DQ1截止时 变压器通过缓冲电路释放能量 同时也达到了磁场复位的目的 为变压器的下一次存储 传递能量做好了准备 IC根据输出电压和电流时刻调整着 脚矩形波占空比的大小 从而稳定了整机的输出电流和电压 13 过载短路保护 当幅值超过1V时 开关电源就停止工作 14 过压保护电路输出过压保护电路的作用是 当输出电压超过设计值时 把输出电压限定在一安全值的范围内 当开关电源内部稳压环路出现故障或者由于用户操作不当引起输出过压现象时 过压保护电路进行保护以防止损坏后级用电设备 当反馈电路出现故障 主输出5V升高时 其它辅助电源升高 VDD芯片供电电源升高超过18V时 稳压管DZ7导通 Q3 Q7导通 VDD电位拉低 2844供电电源拉低 芯片停止工作 整个开关电源停止工作 对后续整个电路起到保护作用 15 开关电源的电源波形如下 电源波形 16 2 整流电路 P 正极 N 负极 三相交流输入 滤波电容 17 三相电源输入波形 R S T 三相电 每相电压波形相差120度 18 R相 V T S相 V T T相 V T 19 P 正极 电压波形 三相电压叠加 V T 对于工频50HZ的电压 周期T 1 F 0 02S 经过滤波电容后Vpn近似为一条直线 VPN值 V T 交流380V电压整流后的值约为380 1 414 538V 20 一般整流桥 整流二级管 的选择 对于380V的额定电源来说 一般选择二极管的反向耐压值为1200V 二极管的正向电流为变频器额定电流2倍以上 整流桥的检测 检测方法跟检测二极管的一样 只不是几个二极管组合在一起的 分别测几个二级管的特性 21 三 充电电路 充电原理图如下 电容 22 电容的特性 电压不能突变 即瞬间加在电容2端的电压不能变化 开机前电容上的电压为0V 所以在上电的瞬间电容对地视为短路 若不加冲电电阻 限流电阻 在整流桥和电容之间 相当于PN直接短路 瞬间整流桥将承受巨大的能量 导致损坏 若不在限流电阻上并继电器或其它元件 变频器带负载运行时 那么长时间流在电阻上电流将会很大 将会产生很大的功耗 P I R 电阻将会烧坏 要是电阻足够好 变频器PN母线电压将会被拉低到欠压 一直到变频器停止输出 显示恢复正常 23 不同功率的变频器 充电电阻就不一样 变频器功率越大充电电阻就越小 为什么呢 因为变频器功率越大 需要电解电容的容量就越大 而容量越大需要充电的时间就越大 又因为RC决定充电时间 要想充电时间尽量短 电阻就需要减少 一般大功率变频器选择电阻小 小功率选择电阻大 24 四 驱动电路 1 驱动电路中关键器件 光耦 光耦又称光电隔离器 光耦以光为媒介传输电信号 它的输入与输出有良好的隔离作用 光耦一般有三个部分组成 1 光的发射2 光的接受3 信号放大常见的光耦型号 TLP250 A3120 HCPL3120 TL701 PC923 PC929 316J等 25 26 早期的和小功率的变频器机种 经常采用TLP250 A3120 HCPL3120 驱动IC 内部电路简单 不含IGBT保护电路 以后被大量广泛采用的是PC923 PC929的组合驱动电路 往往上三臂IGBT采用PC923驱动 而下三臂IGBT则采用PC929驱动 PC929内含IGBT检测保护电路等 我司DVB系列变频器7 5 11KW上使用的方案 智能化程度比较高的专用驱动芯A316J 目前公司产品DV6000系列7 5KW以上都是用316光耦的 27 这里重点介绍下A316J光耦 316J光耦的主要特点 可以驱动级别达Ic 150A Vce 1200V的IGBT 满足大多数中小功率的驱动需求 反馈的故障信号为光隔离的 传输延迟典型1 8 s 开关速度延迟最大为500ns 内部自带Vce 具施密特特性的欠电压保护 并且在保护时对IGBT实施软关断 28 外部引脚图和内部原理图 29 2只光耦分出输入侧和输出侧 PC1 PC2 7脚和8脚 过载保护电路反馈 驱动IGBT电路 报警 30 31 A316J内部以两只光耦合器的光传输通道为分界点 分出了输入侧电路和输出侧电路 1 2为VIN VIN 正 负信号输入端 LED1与相关输入侧 输出侧电路构成了脉冲信号传输电路 输入信号经门电路由发光管LED1 光耦合器 传输至输出侧电路 输出侧接受到的光信号再经受控放大电路 进行功率放大后由11脚输出 驱动IGBT模块 LED1的阳极和阴极分别由7 8脚引出 便于外接故障保护电路 以切断脉冲信号的传输 但常规应用中 一般是将7脚悬空 8脚直接接输入侧信号 电源 地 构成了信号直通回路 32 内部输出级电路为推挽式输出电路 由复合放大器保障大电流输出能力 实际电路中 控制电路的供电端子13脚与输出级放大器的供电端子12脚也是短接的 接入驱动电路供电电源的正极 9 10脚接入供电负极 电源电压范围为15 30V 33 驱动电路对IGBT的过载保护 并非是通过电流采样串联电流采样电阻或采用电流互感器来进行的 而是由IGBT的通态管压降 来判断IGBT是否出处于过流状态 在额定电流以下运行时 IGBT管压降不大于3V 当运行电流达到IGBT的两倍时 管压降会上升到7V以上 应该实施保护停机了 34 LED2 光电耦合器 与输入 输出侧相关电路构成了IGBT管压降检测电路 IGBT模块的OC信号报警电路和故障复位电路 14脚为IGBT管压降信号 IGBT过电流检测信号 输入脚 14 16脚经外接元件并联于IGBT的C E极上 正常工作状态下 IGBT保护电路不动作 LED2为截止状态 输入侧内部RS触发器的输出Q端保持低电平 对LED1的信号输入通路不起控制作用 同时6脚内部DMOS管因无工作偏压处于截止状态 6脚 模块OC信号输出脚 为高阻态 高电平 电路正常工作 35 当负载过重或驱动电路本身故障或IGBT有开路性损坏时 14脚检测到IGBT导通期间的管压降达7V以上时 内部IGBT保护电路起控 11脚内部功率输出电路被先行封锁 LED2导通 RS触发器Q端变为高电压 脉冲信号输入门电路被封锁 同时6脚内部DMOS管子导通 将低电平的OC信号输入CPU或前级故障信号处理电路 当RS触发器被触发后 将维持故障锁定状态 LED1的传输通路被切断 驱动信号无输出 36 直到AJ316的5脚 复位信号输入脚 接受一个外来 该信号常有CPU输出 低电平的复位信号时 RS触发器状态复位 LDE1等电路构成的脉冲信号传输通道 才又重新开通 15脚在OC故障信号输出时为高电平 也可配合外接电路进行故障报警 一般电路中 15脚也被空置未用 37 OC故障信号 供电电源欠电压信号和脉冲输入信号 决定着AJ316的输出状态 输出推挽电路具有互锁功能 确保上 下管子不会同时导通 当供电电压低落到12V以下时 为避免IGBT欠激励而导致电路故障 内部欠电压电路保护电路起控 推挽输出电路的DMOS下管被强制导通 将驱动脉冲输出端下拉为低电平 IGBT被截止 在脉冲输入信号有效期间 IGBT保护电路检测到IGBT的管压降异常上升时 则保护电路起控 推挽输出电路的上部达林顿管被关断 并由RS触发器实施了故障锁定 同时推挽输出电路下管中并联的DMOS管子中放大倍数小的管子先行导通 经外接触发回路将IGBT的G E结电容所储存的电荷进行缓慢释放 使IGBT软关断 避免由主电路的分布电感形成过大的Ldi dt 易使IGBT超出安全工作区而损坏 38 驱动电阻 相对0位 正电源 负电源 39 在实际的应用中要特别注意几组供电电源的稳定性且相互隔离 深入了解需要查阅相关资料 在实际的工作中多多测试 多多思考 真正掌握 加油哦 40 五 逆变电路 IGBT 41 由上面的图很清楚的了解到IGBT的原理 当有驱动波形加载在IGBT的GE端 高电平时导通 低电平时关断 开通即相当于S闭合 这样电流流过电阻R IGBT内阻 关断相当于S断开 没有电流流过 IGBT在工作时是一开一关的状态 开通和关断时间是有CPU中PWM波决定的 42 IGBT在工作时发热时怎么回事 IGBT开通损耗 P I R T T为开通时间 T D 1 F D为占空比 F为变频器的载波频率一般为2K 16K之间 I值 模块额定电流 R为内阻从上可以看出即使开通