PC929驱动详解

一、驱动电路（由PC923、PC929组合）的构成和电路原理：图4。9由PC923、929构成的驱动电路上图为东元7200MA变频器U相的驱动电路图。15kW以下的驱动电路，则由PC923、PC929经栅极电阻直接驱动IGBT，中、大功率变频器，则由后置放大器将驱动IC输出的驱动脉冲进行电流放大后，再输入IGBT的G、E极。驱动电路的电源电路，是故障检测的一个重要环节。不但要求其输出电压范围满足正常要求，而且要求其具有足够的电流（功率）输出能力——带负载能力。每一相的上、下IGBT驱动电路，因IGBT的触发回路不存在共电位点，驱动电路也需要相互隔离的供电电源。由开关电源电路中的开关变压器N1绕组输出的交流电压，经整流滤波成直流电压后，又由R68、ZD1（10V稳压管）简单稳压电路处理成正18V和负10V两路电源，供给驱动电路。电源的OV（零电位点）线接入了IGBT和E极，驱动IC的7、8脚则接入了28V的电源电压。光电耦合器的输入、输入侧应有独立的供电电源，以形成输入电流和输出电流的通路。PC2的2、3脚输入电流为+5V*提供。此处供电标记为+5V*，是为了和开关电源电路输出的+5V相区分。+5V*供电电路见下图图4。10。该电路可看作一简单的动态恒流源电路，R179为稳压管ZD7的限流电阻，稳压管的击穿电压值为3。5V左右。基极电流回路中稳压电路的接入，使流过Q8发射结的Ib维持一恒定值，进而使动态Ic也近似为恒定值。忽略Q8的导能压降，电路的静态输出电压为+5V，但动态输出电压值取决于所接负载电路的“动态电阻值”，而动态输出电流总是接近于恒定的，这就使得驱动电路内部发光二极管能维持一个较为恒定的光通量，从而使传输脉冲信号的“陡峭度”比较理想，使传输特性大为改善。图4.10驱动光耦输入侧供电电路由CPU主板来的脉冲信号，经R66加到PC2的3脚，在输入信号低电平期间，PC2形成由+5V*、PC2的2、3脚内部发光二极管、信号源电路到地的输入电流通路，PC2内部输出电路的V1三极管导通，PC2的6脚输出高电平信号（18V峰值），经R65为驱动后置放大电路的Q10提供正向偏流，Q10的导通将正供电电压经栅极电阻R91引入到IGBT的G极，IGBT开通；在输入信号的高电平期间，PC2的3脚也为+5V高电平，因而无输入电流通路，PC2内部输出电路的V2三极管导通，6脚转为负压输出（10V峰值），也经R65为驱动后置放大电路的Q11提供了正向偏流，Q11的导通将供电的负10V电压——IGBT的截止电压经栅极电阻R91引入到IGBT的G极，IGBT关断。在待机状态，PC2的3脚输入信号一直维持在+5V高电平状态，则驱动电路一直输出-10V的截止电压，加到CN1触发端子上，IGBT一直维持于可靠的截止状态上。因IGBT栅-射极间结电容的存在，对其开通和截止的控制过程，实质上是对IGBT栅-射极间结电容进行充、放电的过程，这个充、放电过程形成了一定的峰值电流，故功率较大的IGBT模块须由Q10、Q11组成的互补式电路跟随放大器来驱动。PC929驱动IC是兼有对驱动脉冲隔离放大和模块故障检测双重“身份”的。由CPU主板来的脉冲信号从1/2、3脚输入到PC923内部的光电耦合器，从11脚输出后，经Q13、Q15两级互补式电压跟随器的功率放大后，引入IGBT2的G极。此为驱动脉冲的信号传输电路路；PC929的9脚为模块故障检测信号输入脚。正常工作状态下，PC923的11脚输出正的激励脉冲电压，使Q13导通，Q15截止。Q13的导通，将正偏压加到IGBT2的G极上，IGBT2进入饱合开通状态。忽略IGBT导通管压降的话，IGBT2的导通即将U输出端与负直流供电端N短接起来，提供输出交流电压的负半波通路，在导通期间，只要变频器是在额定电流以内运行，IGBT2的正常管压降应在3V以下。PC929的9脚内部电路与外接R76、R77、D24、R73、D27等元件构成了IGBT管压降检测电路，二极管D27和负极接入了IGBT2的C极。PC929在发送激励脉冲的同时，内部模块检测电路与外电路配合，检测IGBT2的管压降，当IGBT2正常开通期间，忽略IGBT2的导通压降，U点电压与N点电压应是等电位的，N点与该路驱动电源的零电位点为同一条线。可以看到，D27的正向导通将a点电压也嵌位为零电位点，即PC929的9脚无故障信号输入，IGBT模块OC信号输出8脚为高电平状态。当变频器的负载电路异常或IGBT2管子故障时，虽有激励偏压加到IGBT2的G极，但严重过流状态（或管子已经开路性损坏），使IGBT2的管压降超过7V或更大，U、N之间高电压差使D27于反偏截止，此时a点电压是由R73引入的、经R78、D24、R77分压的高于7V的电压值，经R76输入到PC929的9脚。PC929内部IGBT保护电路起控，对IGBT进行强行软关断动作，同时控制8脚内部三极管导通，进而提供了PC4光电耦合器的输入电流，于是PC4将低电平的模块OC信号报与CPU，变频器实施OC故障保护停机动作。IGBT模块管压降检测电路中的D24二极管和C48组成消噪电路，以避免负噪声干扰引起误码保护动作。让我们看一下驱动电路中R91、R92的作用，实际电路中，这四只电阻因模块损坏带来的强电压冲击下，造成开路、短路和阻值变大的情况比比皆是，它在电路中究竟起到什么样的作用呢？R91将驱动脉冲引入到IGBT管子的G极，表面看来，这是一只限流电阻，限制流入IGBT管子的驱动（充电）电流，因管子的开通速度越快越好，开通时间越短越好，电阻的阻值就不能太大，以避免与IGBT管子的输入结电容形成一个较大时间常数的延时电路，这是不希望出现的。但过激励也会导致IGBT的损坏。此电阻多为Ω级功率电阻，随变频器功率的增加其阻值而减小。此电阻还有一个“真名”，叫栅极补偿电阻，因为IGBT管子的触发引线有一定长度，触发脉冲又是数千赫兹的高频信号，所以有一定的引线电感存在，而引线电感会引起触发脉冲的畸变，产生“电压过冲”现象，严重时会造成IGBT管子的误开通而造成损坏。接入R82可对引线电感有所补偿，尽量使引线呈现电阻特性而不是电感特性，有效缓解引线电感造成的电压过冲现象。R92并接于IGBT管子的G、E极间，第一个好处就是，将IGBT管子输入端的高阻状态变为低阻状态。我们新购得的IGBT逆变模块，出厂前是用短路线将G、E极短接的，这样万一有异常电压（如静电）加到G、E极时，短路线将很快将此一异常电压吸收，而避免了IGBT管子因输入端子遭受冲击而损坏。电路中并联R92也有同样的用处，在一定程度上将输入的“差分电压”变为了“共模电压”，消解了异常输入电压的冲击作用；R92对瞬态干扰有一定的作用，又可称之为“消噪电阻”；R92并接于IGBT管子的G、E极间，与IGBT的G、E结电容相并联，此电阻又被称为“旁路电阻”，将瞬态干扰造成的对G、E结电容的充电电流“旁路掉”，以避免其误开通。R92又形成了IGBT管子输入结电容的电荷泄放通路，能提高电荷的泄放速度，对于只采用单电压供电（无负供电电压）的驱动电路，此电阻的作用尤其重要。二、驱动电路的故障特征：1、变频器上电显示正常，接受启动信号，即跳OC（过电流）、SC（短路）故障代码。故障原因：A、逆变模块有开路性损坏，先是击穿短路，炸裂后开路，或G、E间内部损坏，虽有触发信号引入，但IGBT不能正常开通，驱动电路的IGBT管压降检测到异常大的导通压降，报出OC故障。B、驱动电路本身故障。a、无激励脉冲加到IGBT的触发端子，一是从CPU主板来的脉冲信号未能正常输入到驱动电路的输入端。二是驱动电路有元件损坏，阻断了脉冲信号的传输；b、驱动电路不能输出正常的驱动脉冲，多为电流输出能力不足。一是驱动IC的后置放大器低效，元件变值等。二是驱动供电不良，不能达到足够的电压幅值和输出足够的驱动电流，使IGBT不能被良好开通或处于导通与截止的临界点上，IGBT管压降检测电路检测到大于7V的管压降信号而报出OC故障。2、接受启动信号，即跳GF（接地故障）。变频器说明书中对接地故障的定义是，当负载电流大于额定电流的0.5倍左右时，即判断为GF故障。其实GF也是OC故障的一个别名。在报警层次上有所不同。GF故障在启动初始阶段报出。3、上电，变频器未接受启动信号，变频器在系统自检结束后，即报出OC故障。故障原因：A、变频器的三相输出电流检测电路损坏，误报过流故障，如电流互感器内部电路损坏，误报出严重过流故障；B、驱动电路的OC信号报警电路损坏，如PC929的8脚内部DMOS三极管短路，也会误报OC信号。4、变频器上电后，既不跳OC、SC等故障代码，也拒绝所有操作，出现类似于程序进入死循环的“死机”现象，先不要轻易判断为CPU故障，可能为变频器上电检测到有OC信号输出，出于保护目的，故拒绝所有操作，以免造成人为的故障扩大。5、变频器上电，操作显示正常，启动后能在操作面板上监控到输出频率数值上升的现象，但U、V、W输出端子无电压输出，变频器也不报出OC故障，好像是“运行正常”。故障原因为驱动IC输入侧的+5V*供电电源丢失，六路驱动IC都无脉冲信号输入，驱动电路处于“待机”状态，IGBT管压降检测电路在“休息中”，并不向CPU返回OC信号。6、变频器空载或轻载运行正常，但带上一定负载后，出现电机振动、输出电压偏相、频跳OC故障等。故障原因：A、驱动电路的供电电源电流（功率）输出能力不足；B、驱动IC或驱动IC后置放大器低效，输出内阻变大，使驱动脉冲的电压幅度或电流幅度不足；C、IGBT低效，导通内阻变大，导通管压降增大。三、PC923、PC929驱动电路的检修方法：本节检修，是指在脱开变频器主电路后的，对电源/驱动板的单独上电检修，整机连接条件下，可不敢对驱动电路这么动手啊，别说逆变电路有六只IGBT，有六十只IGBT也不够“报销”的。1、静态检测：电路处于静止状态时，相对于+5V供电的地端，PC2的2、3脚电压都为5V，直接测量2、3脚之间电压差为0V；以驱动电源的OV为O电位参考点，CN1触发引线端子的1线应为-10V。PC923、PC929的脉冲输出脚和后置放大器的中点电压都为-10V。检测CN1端子的1线为OV，故障原因为A、驱动电源稳压二极管击穿短路；B、栅极电阻R91开路。检测CN1端子的1线为+18V左右，故障原因为A、PC2的后置放大电路中的Q10短路；B、PC2内部输出电路中的V1短路；C、检查PC2的2、3脚如有电压输入，如1、2V，故障原因为前级信号电路故障，使PC2形成了输入电流的通路。2、动态检测：电路静态时测得CN1端子1线上有正常的-10V截止电压，及测量各静态工作点基本正常（其实各检测点都表现为供电电压），要进一步检查动态——对脉冲信号的传输能力，验证电路确无故障或使隐蔽故障暴露出来。但接着碰到了麻烦事，因为在检修中电源/驱动板与主电路已经脱开，CN1、CN2触发端子是空置的，并未接入IGBT，而且在未查明驱动电路是否工作正常之前，也是绝不允许在IGBT接入530V直流供电的情况下，连接驱动电路并检查驱动电路的故障的。因为IGBT的脱开，驱动电路输出的脉冲无论正常与否，只要按一下操作面板的起动（FWD）或运行（RUN）按键，操作显示面板即跳出OC故障。原因在于驱动芯片PC929在脉冲信号传输期间，PC929的9脚内部电路与外部元件构成的IGBT管压降检测电路，因IGBT的未接入（相当于开路），而检测到极大的管压降信号，而向CPU报出OC信号，CPU采取了停机保护措施。必须采取相应手段，屏蔽掉驱动电路对IGBT管压降检测功能，令CPU正常发送六路脉冲，以利驱动电路的进一步检修。看下图电路——PC929驱动电路的IGBT管压降检测等效电路图：图4。11IGBT管压降检测等效电路图如果把IGBT看作一只开关的话，则在正向激励脉冲作用期间，这只开关是闭合状态的，b点电压也为0V，嵌位二极管D1正向导通，将a点电压嵌位为0V，PC929的9脚因输入低电平信号，IGBT保护电