十年內受益不盡!詳講變頻器開關電源線路及故障案例

2021-01-13 騰訊網

因工作關係,本人自2003年起陸續接觸變頻器維修工作至今,累計完成過國內外三十餘個品牌變頻器的維修工作,處置各種故障逾兩千次,自行積累了一些維修層面上的淺知拙見。

此番受好友之邀,自此文始,本人將陸續將所掌握的見解以及經驗和廣大同行一起交流,如有不足、錯誤之處,還煩請諸位指正。

作為一臺工控電子設備正常運行的前提條件,平穩可靠的電源無疑是堅實的支撐。

在已接觸過的各類變頻器、伺服控制器、開關電源等設備當中,有近2/3為使用UC28/3842、43、44、45系列電流反激型電源IC的線路結構。

由於該系列IC的開關電源線路具有結構相對固定、運行可靠性較高、製作成本低廉等優點!

在未來十年中,相信該系列IC構成的開關電源線路,仍會在各類工控電子設備中被廣泛使用,為此大家非常有必要了解一下該系列IC所構成開關電源電路的相關知識。

本文便以該系列電源IC的典型應用線路原理圖為分析藍本,給大家介紹一下其各個元器件的作用,以及常見故障類型,且為大家講述一下,在此過程中遇上的故障實例,供大家參考借鑑!

手繪電路圖是變頻器、伺服控制器、電動車充電器等裝置中,UC28/384X系列IC的典型應用線路原理圖。

本圖為三墾某型號變頻器開關電源部分實測反繪線路,限於篇幅開關電源次級輸出部分僅繪出+5V迴路供分析之用。

此處需要指出的是:

28是該系列IC工業級產品的命名前綴;

38則是其民用級別的命名前綴;

這兩者之間僅在工作運行環境適應溫度上有所差別,在性能、管腳排列等方面則一致。

目前,大品牌廠家多採用UC284X系列IC,國內小廠雜牌機、相當部分的開關電源、家用小電器等當中多見UC384X系列IC。

代換時,28系列IC可以直接代換38系列IC,至於38系列IC則要考慮設備實際使用環境來選擇性地進行代換28系列IC。

下面,我們分段了解一下電源IC(圖中U1)各管腳的功能,以及外圍電路組件等知識。

首先我們來看IC的電源端

5腳為IC電源地端(GND),實際線路中均直接同直流母線電源N端直連。

7腳為IC電源正端(VCC),該管腳供電來自兩個迴路:在變頻器上電初期,7腳的電源由直流母線P端經R1、R2降壓供給;

當IC得電開始正常工作後,由高頻變壓器T之自供電繞組L2所產生的電壓,經D2整流、R5限流後為IC供電。此中,C1為變頻器直流母線端(P、N兩端)的高頻濾波電容、C2為IC工作電源端的濾波電容。

實際線路中,部分廠家在兩支降壓電阻之後,會串入一支LED發光二極體,其作為限流元件的同時兼顧指示作用。

還有部分比較負責任的廠家,為了近一步確保IC平穩運行,還會在C2兩端反並一支穩壓二極體,亦或是在C2端並接一隻小容量的高頻濾波電容。

這部分電路需要注意的事項有兩處:

一是降壓電阻部分,因牽扯到電阻耐壓問題,故必須使用兩支及兩支以上的同規格同參數的電阻串聯組成(使用貼片電阻多見並、串結構形式);

二是開關電源變壓器工作在高頻狀態,故自供電整流二極體嚴禁使用普通整流二極體代替!

故障處置實例:

1、中達vFD系列1.5KW變頻器,接通交流電源後,整機無任何反顯示。

測量直流母線P、N兩端有DC540V,順勢檢測開關電源部分線路,發現六隻貼片100KΩ電阻中,有一隻已經近似開路損壞!

2、一臺日虹牌某型號22KW變頻器,在通電後顯示面板呈現出明、暗交替緩慢變化症狀。

經查開關電源輸出端電壓在低於正常值1/3至正常值間來回波動,針對電源IC(UC2844)測量過程中發現其電源7#管腳電壓在11——16.5V間波動,後發現故障為7#管腳所接濾波電容失容,導致濾波效果變差所致!

3、某開關電源電路出現「炸機」故障的阿爾法55KW變頻器,在將損壞元器件更換通電約半分鐘後,再次發生包括電源IC(UC2842)燒毀故障!

再次將損壞元件換新後,仔細排查電路元件,赫然發現自供電迴路整流二極體存在軟擊穿故障現象!

將其代換後,再次通電試機,變頻器恢復正常。

接下來我們看一下電源IC 8#——基準電壓輸出管腳。當電源IC的5、7腳通入額定的工作電壓後,正常情況下IC的8腳會輸出恆定的+5V基準電壓。

利用這一特性,我們可以方便地判斷出IC性能好壞,如果IC通入額定工作電壓,8#管腳無+5V電壓,則IC必壞無疑!

在實際線路運用當中,該路電壓常被用來為IC穩壓反饋環節中光電耦合器之輸出端提供工作電壓:圖示R10(該電阻起到限流作用)與PC1即這種情況。

但最為普遍的應用則是為圖中,由R3和C3構成的IC工作頻率振蕩電路提供電源。

故障維修實例:

一臺匯川MD380 75KW變頻器,運行過程中突然發生報「過熱」故障代碼信息,經查故障原因,系變頻器內部供散熱風扇使用的開關電源板損壞所致。

在維修由UC2844構成的開關電源板過程中,本人發現IC表面溫升較高,呈現出類似過載故障現象。

排查常見的故障可能後,本人並未找到故障誘因,此時無意間測量了IC 8腳的輸出電壓,居然顯示為異常的3.5V左右!

在將8#管腳同所接關聯電路斷開後,其輸出+5V電壓居然恢復正常,這無疑表明其所接電路當中有元件發生了異常——經過細緻測量,發現本例故障為8#管腳所接的一支0.047uF消噪電容變質所致!

(技成培訓原創,作者:王棟春,未經授權不得轉載,違者必究!)

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