《SD-04变频调速电源》CPU-I/O电路图
《SD-04变频调速电源》CPU-I/O电路图说
在蔚为大观的变频器世界里,SD-04变频调速电源可称得上是一款“袖珍型”变频器了。其袖珍程度可盈握于掌,与一些温控计仪表相似。
初次见到它,是在一个石膏板生产线,此机器与外接两只光电管配合,随时校正纸辊子的左右游移量,也被工人称为“校正电源”。适用电机功率为百瓦级,功率较小。但麻雀虽小,五脏俱全,不仅有变频三相电源的功能,而且在电路设计上相当有特色。
电路用单片机作为中心控制部件,控制输入电路非常简洁,设有本机按键和外接控制端子。并提供外接光电管的+12V控制电源,配合外接光电管,可起到自动控制启、停的目的。据单机片烧写程序的不同和输入端子和稍加改动,可以做成校正专用和通用型变频电源。本电路是据“校正电源”测绘而成的,输入端子IN1-6如上图,当IN4、IN5分别与IN6接通时,即为正、反转控制。接通时输出,断开时停机。如将端子上的1kΩ(R30、R31也为1kΩ电阻)电阻换为负极向外的二极管,并同时更换写有通用型控制程序的单片机,则上述两个端子则成为瞬时接通,可定义正反转,另两端子可提供启动、停止的按钮功能。与普通变频器操作面板上的控制相似了。调速控制则由47kΩ电位器来完成,满量程的最高输出频率可达80Hz。数码显示管可显示输出频率和故障代码,为工作的监控提供方便。
单片机12C5406AD输出三路相序可控的PWM脉冲,供后级驱动电路,进行功率放大后,驱动六只功率场效应晶体管,输出三相交流电源。以3路PWM脉冲来驱动6只场效应晶体管,完成三相逆变输出,是本机的电路的一大特色(见下图电路)。
此电路应用的单片机为不可<此处内容被屏蔽>型的,具有一定的技术垄断性。目前已形成批量生产,因造价低廉、性能不错和故障率低,在一些厂矿企业设备上也得到了广泛的应用。
故障实例一:有显示,但操作失控。拆机检查,发现IN4、IN5端子的连接电阻(两只1kΩ的)均已烧黑碳化,询问用户,原来是误将该两输入端了接入了220V交流电源。更换两只电阻后,上电试机,出现只能正转,不能反转的故障现象。查单片机外围输入电路无异常,判断故障为误接强电压将单片机的反转信号输入脚击毁。从原供应厂商处购得单片机(须说明为校正电源还是通用型电源),更换IC1后修复。
图八十五: 《SD-04变频调速电源》主电路/电源/驱动电路图
《SD-04变频调速电源》主电路/电源/驱动电路图说
说到电路上的特色,从上图电路可看得出来。先看电流检测与保护电路:该机的主电路采用了双重过流保护。1、由可控硅S2场效应晶体M1和附属元件构成了可恢复式电子“保险丝”。过流信号由电流采样电阻1Ω1W 上取得,当三相输出电路或负载异常时,该电阻上的压降增大到S2栅极所串稳压二极管的击穿值时,S2被触发导通,并一直维持导通,将M1的栅、源极回路短接,M1失去激励电压而截止,“电子保险丝熔断”,主电路的供电中断而被迫停止工作。将机器停电后,S2失去维持电流而关断,M1导通,“电子保险丝”又会重新“接通”。2、第二重输出回路的过流保护。电流采样电阻为R14,当电路或负载异常,造成主电路电流剧增时,R14上压降升高,使可控硅S1被触发导通,将与门HEF4081B的12、13脚拉为低电平,其11脚随即输出低电平,将另三组承担三相激励脉冲输出的与门电路的输入脚,锁定为低电平,从而强制关闭了激励脉冲输出通道,使电路停止工作。故障保护锁定状态的解除,也须将机器停电一次,以使可控硅退出导通状态。可控硅器件在保护电路中的应用,使人耳目一新。可控硅被触发动作后,具有故障锁定的功能,须对机器停电进行故障复位。
再看该机的电源(初级的单管自激开关电路,就不多说了),尤其是驱动电路的供电,乍看之下,有些匪夷所思,让人摸不着头脑。三相输出的上三臂场效应晶体管子的驱动供电,是取自同一组13V电源,而且该三路供电是找不到回路的。好像悬浮在那儿,形不成通路。这种供电模式,真是难得碰到!前面已经提到,单片机只输出了三路驱动脉冲,经三路光电耦合器和三门与门电路后,将三路脉冲加到了输出电路下三臂场效应晶体管Q2、Q4、Q6上。那么另三只管子(Q1、Q3、Q5)的驱动脉冲是从何处得到的呢?下面将电源与上管输出电路的一路单独画出来,并重新标注了一下,以便于分析。
以U相输出电路为例:P、N为直流电源的正、负端;请注意a、b两点间的电压是如何产生的。无脉冲到来(静态)时,Q2处于截止状态,电源C1无充电回路,C1不能形成V+电压,a、b两点间的电压为0,Q1和Q2均处于截止状态;当激励脉冲输入至Q2的G2控制极时,Q2导通,U相输出负半波电压。Q2导通期间,电容C1负端经D3、Q2的漏、源极到地,形成充电电流通路,在C1两端形成V+(Q1)驱动电压。在Q2导通和C1充电期间,因钳位二极管D2、D3的作用,使a、b两点间同电位,Q1不具备导通条件,仍处于截止状态,避免了Q1、Q2共通对电源形成的短路。
Q2的驱动脉冲消失后,Q2进入截止状态。C1的储存电荷经Q3的c、e极、27R电阻、Q1的栅、源极形成放电回路,实质上是提供了Q1的正向激励电压,使Q1导通,输出U相正半波电压。这样,驱动电源有机地和驱动脉冲配合,用3路脉冲信号,完成了对Q1~Q6等6只逆变管的驱动控制(其中对上三臂逆变管的倒相与驱动,是驱动电源参与的),使逆变电路实现了交流逆变输出。
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