变频器原理图讲解

系列原理图简介

一．机型简介

整个30X系列包括以下几个类型，同功率的机型在硬件上的区别就是控制板的功能上有优化，驱动板都是相同的。不同功率段的硬件设计模式上，15KW以下包括15KW采取驱动板带整流桥+单管IGBT+DSP板的模式，30KW~45KW采用可控硅+驱动板45DRV不带整流部分+IGNT模块+DSP板的模式，55KW~75KW采用可控硅+驱动板55POWER不带整流部分+55DRV+IGNT模块+DSP板的模式,90KW以上的结构和55KW不同之处在于55DRV 不同。

二．系统框图

三．4KW驱动板

驱动板按功率段分，15KW以下的驱动板模式和18.5KW以上驱动板模式。这里主要以4KW小功率机型和45KW大功率机型为例讲解。先以4KW为例进行介绍。

驱动板主要包括整流滤波+软启动+开关电源+电源指示灯+UVW电流检测+PWM光耦隔离+电平转换+故障保护电路+母线电压检测，下面分别介绍：

3.1软启动+母线电压检测

左图母线电压检测是变压器副边输出经过电阻分压后Udc信号给DSP,标准是母线电压为530V时Udc=1.50v;右图为软启动电路,刚通电瞬间电容相当于短路,母线电流很大,通过电阻R92限流来消耗能量,到电容充好电后通过继电器将R92短路,这里设定的是母线电压为400V继电器动作.右图中还有电源指示灯电路通过电阻分压方式设计.

3.2开关电源

单端反激式开关电源由反激式变压器+UC3844电源控制芯片+MOS管,单端反激工作原理: MOS管导通,母线电压加在变压器原边线圈,副边线圈为上负下正,二极管反向,副边绕组没有电流;MOS管截止,副边线圈为上正下负,绕组中储存的能量向负载释放.根据IN=I'N'，在MOS 管导通期间储存的能量在截止期间有多少释放,取决于截止时间.

UC3844电源管理器主要是控制MOS管的脉冲占空比,根据IF，VF，+15V三个反馈信号调整输出脉冲占空比,IF>1v,VF>15V,+15V>15V,三种情况下都会自动调节.标准是+15V误差为±0.02V；

电感的作用，滤除占波开关电流中的脉动成份。从滤波效果看，电感量越大，效果越明显；但电感过大，会使滤波器的电磁时间常数变大，使输出电压对占空比变化的响应速度变慢。L=(1-D)*T*Uo/(Imax-Imin),过度时间Tr=L(Imax-Imin)/Uo(D2/D1-1) ,D2为负载改变后的占空比；

3.3电流检测

U9A为半波整流,U9B为反相求和,U6C为反相输出跟随器;全波整流负极性输出电路如下图分析

Ui>0,a<0,D1导通，D2截止，Uo=-Ui；

Ui<0，a>0,D1截止,D2导通,流过c点电流等于Ia流过R71电流和b点电流流过R52电流之和，R52=R71/2,且方向相反，Uo=Ui;

我们检测的电流是Ia,Ib,Ic=-(Ia+Ib)，则C点信号就是两个大小方向相反IC信号的绝对值相加。

此图CH1监视Iabs，CH2监视Iw。

3.3保护电路

电流检测保护电路，检测Iabs>hoc故障电压2.52V时跳HOC瞬时过流故障,Iabs>sc故障电压2.62V时跳SC驱动故障。

频率检测包括输入频率检测和输出频率检测，输入检测通过检测三相整流后光藕关断时间测试是否输入缺相；输出检测V和W两相间时序。

两个稳压二极管防止门极输入电压过大损坏器件，IGBT 内置续流二极管,关键是门极电阻的选择合适，使的充放电完成。见下右图所示：

充电和放电特性要达到平稳，右图虚线为充放电没有完成。

四．45DRV 驱动板

18.5KW 以上的机器把功率器件分开来做，整流采用可控硅+KKG 板控制，风扇控制采用专门的电源板驱动，软启动采用二极管+电阻串接在R 和P 之间，在可控硅没有动作前形成回路给电容充电，逆变部分采用光耦加IGBT 模块方式。以45KW 为例介绍：主要介绍与4KW 有区别的地方。 4.1 电源

开关电源部分不直接提供IGBT 的驱动电源，而是另外采用变压器隔离的方式。利用555电路组成施密特触发电路，

上电通过电阻R3和R2给电容C2

充电，输出为高电平；当输入>2VCC/3 输出为低电平，电容C2通过R1放电， 直到电容电压降到VCC/3；这样周期 运转，输出方波。

KKG 板驱动电源也是采用555电路组成施密特电路产生方波，再用六个变压器隔离驱动六路可控硅。

4.3电流检测

18.5KW 以上都是采用霍尔检测元件检测电流, 例如检测电流0~100A 的霍尔对应输出0~4V ， 利用运放跟随电路，采用电阻分压确定

不同功率机器的最大电流对应输出电压一定。

Ui=Uh*(R105+R123+R124)/(R104+R105+R123+R12)

4.4 IGBT 驱动

采用HCPL-316J 驱动芯片，使IGBT 工作在饱和导通和截止区， 主要作为开关器件。 316J 具有驱动+欠压保护+过流保护：驱动电压<12V 输出故障信号，输入驱动信号锁定，316J 输出低电平；IGBT 短路出现过流信号即脚14检测到IGBT 集电极上电压=7V ，输出故障信号，锁定输入驱动信号，316J 输出低电平。故障延迟输出时间Tus=C*U/I=Cpf*7V/250uA.

五．控制板

5.1 电源部分

控制板电源分给24V 应用端子电源，3.3VDSP 数字电源和3.3V 模拟电源，1.8VDSP 程序电源，5V 转换电路电源，5V 键盘电源，10V 模拟输入用电源，AD 校验用3V 基准电源和1V/2V 反馈电源. 重点讨论并联和串联线性电源：

vi

vo

2vcc/3

Vcc/3

1.并联型：TL431的8脚和地电压为内部稳压为

2.5V

,则输出Uo=(R223+R117+R116)*2.5V/R116

=42*2.5/10=10.5V

2.串联型：LM2575串联在输入和输出间；

Uo=1.23V*9K/2.2K=5.03V,

LM2575的4脚FEEDBACK内部的

参考电压为1.23V,

二极管D42流过的电流>1.5*5V/9K=0.83A,

5.2上电复位

IMP809是低电平复位，上电复位时CON输出低电平锁定7424电平转换芯片，等DSP 完全稳定工作后才启动电平转换芯片。

5.3模拟输出

PWM输入0～100%占空比的脉冲信号，经过二阶滤波电路后对应0～3V，输出0～20MA; 电压电流转换电路，要求输出20MA，20×1.7=3.4V, U8的5，6脚电压=3.4V, U8的2，3脚电压=输入3V;根据这些电压确定电阻大小。运放和三极管构成恒流源电路，利用运放的U+=U-,I+=I-=0的两个准测。