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图中,由电感L、电容C2和二极管D组成的电路,就具有这种功能。
电感L用以储存能量,在开关断开时,储存在电感L中的能量通过二极管D释放给负载,使负载得到连续而稳定的能量,因二极管D使负载电流连续不断,所以称为续流二极管。
在AB间的电压平均值EAB可用下式表示:
EAB=TON/T*Ewxlmazde
式中TON为开关每次接通的时间,T为开关通断的工作周期(即开关接通时间TON和关断时间TOFF之和)。
由式可知,改变开关接通时间和工作周期的比例,AB间电压的平均值也随之改变,因此,随着负载及输入电源电压的变化自动调整TON和T的比例便能使输出电压V0维持不变。
改变接通时间TON和工作周期比例亦即改变脉冲的占空比,这种方法称为“时间比率控制”(TimeRatioControl,缩写为TRC)。
按TRC控制原理,有三种方式:
一、脉冲宽度调制(PulseWidthModulation,缩写为PWM)wxlmazde
开关周期恒定,通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式。
二、脉冲频率调制(PulseFrequencyModulation,缩写为PFM)wxlmazde
导通脉冲宽度恒定,通过改变开关工作频率来改变占空比的方式。
三、混合调制wxlmazde
导通脉冲宽度和开关工作频率均不固定,彼此都能改变的方式,它是以上二种方式的混合。
开关电源的发展和趋势wxlmazde
1955年美国罗耶(GH.Roger)发明的自激振荡推挽晶体管单变压器直流变换器,是实现高频转换控制电路的开端,1957年美国查赛(JenSen)发明了自激式推挽双变压器,1964年美国科学家们提出取消工频变压器的串联开关电源的设想,这对电源向体积和重量的下降获得了一条根本的途径。
到了1969年由于大功率硅晶体管的耐压提高,二极管反向恢复时间的缩短等元器件改善,终于做成了25千赫的开关电源。
wxlmazde
目前,开关电源以型小、量轻和高效率的特点被广泛应用于各种通信终端设备、数字程控调度机等几乎所有的电子设备,是当今信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。
目前市场上出售的开关电源中采用双极性晶体管制成的100kHz、用MOS-FET制成的500kHz电源,虽已实用化,但其频率有待进一步提高。
要提高开关频率,就要减少开关损耗,而要减少开关损耗,就需要有高速开关元器件。
然而,开关速度提高后,会受电路中分布电感和电容或二极管中存储电荷的影响而产生浪涌或噪声。
这样,不仅会影响周围电子设备,还会大大降低电源本身的可靠性。
其中,为防止随开关启-闭所发生的电压浪涌,可采用R-C或L-C缓冲器,而对由二极管存储电荷所致的电流浪涌可采用非晶态等磁芯制成的磁缓冲器。
不过,对1MHz以上的高频,要采用谐振电路,以使开关上的电压或通过开关的电流呈正弦波,这样既可减少开关损耗,同时也可控制浪涌的发生。
这种开关方式称为谐振式开关。
目前对这种开关电源的研究很活跃,因为采用这种方式不需要大幅度提高开关速度就可以在理论上把开关损耗降到零,而且噪声也小,可望成为开关电源高频化的一种主要方式。
当前,世界上许多国家都在致力于数兆Hz的变换器的实用化研究。
开关电源原理
开关电源是一种电压转换电路,主要的工作内容是升压和降压,广泛应用于现代电子产品。
因为开关三极管总是工作在“开”和“关”的状态,所以叫开关电源。
开关电源实质就是一个振荡电路,这种转换电能的方式,不仅应用在电源电路,在其它的电路应用也很普遍,如液晶显示器的背光电路、日光灯等。
开关源与变压器相比具有效率高、稳性好、体积小等优点,缺点是功率相对较小,而且会对电路产生高频干扰,电路复杂不易维修等。
在谈开关电源之前,先熟悉一下变压器反馈式振荡电路,能产生有规律的脉冲电流或电压的电路叫振荡电路,变压器反馈式振荡电路就是能满足这种条件的电路;
它于基本放大电路与一个反馈回路组成,其中C2、L1组成一个并联谐振选频电路,在电路通电的瞬间VT导通,此时在C2、L1组成的并联谐振电路上产生非常丰富的谐波,当外加频率和并联谐振电路的固有频率相等时,电路进入振荡状态,并通过L3反馈到VT的基极进一步放大,最终形成有规律的脉冲电流或电压输出到负载RL上。
开关电源就是围绕变压器反馈式振荡电路而设计,只不过在原来的基础上增加了一些保护和控制电路,我们可以用分析振荡电路的方法来分析开关电源。
开关电源振荡按方式分,可以分为自激式和它激式两种,自激式是无须外加信号源能自行振荡,自激式完全可以把它看作是一个变压器反馈式振荡电路,而它激式则完全依赖于外部维持振荡,在实际应用中自激式应用比较广泛。
根据激励信号结构分类;
可分为脉冲调宽和脉冲调幅两种,脉冲调宽是控制信号的宽度,也就是频率,脉冲调幅控制信号的幅度,两者的作用相同都是使振荡频率维持在某一范围内,达到稳定电压的效果。
变压器的绕组一般可以分成三种类型,一组是参与振荡的初级绕组,一组是维持振荡的反馈绕组,还有一组是负载绕组。
在家用电器中使用的开关电源,将220V的交流电经过桥式整流,变换成300V左右的直流电,滤波后进入变压器后加到开关管的集电极进行高频振荡,反馈绕组反馈到基极维持电路振荡,负载绕组感应的电信号,经整流、滤波、稳压得到的直流电压给负载提供电能。
负载绕组在提供电能的同时,也肩负起稳定电压的能力,其原理是在电压输出电路接一个电压取样装置,监测输出电压的变化情况,及时反馈给振荡电路调整振荡频率,从而达到稳定电压的目的,为了避免电路的干扰,反馈回振荡电路的电压会用光电耦合器隔离。
大多数开关电源有待机电路,在待机状态开关电源还在振荡,只是频率比正常工作时要低。
有些开关电源很复杂,元件密密麻麻,很多保护和控制电路,在没有技术支持的情况下,维修起来是一件很头疼的事。
在我面对这种情况是,首先我会找到开关管及其参与振荡的外围电路,把它从电路中分离出来,看它是否满足振荡的条件,如检测偏置是否正常,正反馈有无故障,还有开关管本身,开关电源有极强大的保护功能,排除后检察控制和保护及负载电路。
要想做好变频器维修,当然了解变频器基础知识是相当重要的,也是迫不及待的。
下面我们就来分享一下变频器维修基础知识。
大家看完后,如果有不正确地方,望您指正,如果觉得还行支持一下,给我一些鼓动!
变频器维修入门--电路分析图对于变频器修理,仅了解以上基本电路还远远不够的,还须深刻了解以下主要电路。
主回路主要由整流电路、限流电路、滤波电路、制动电路、逆变电路和检测取样电路部分组成。
图2.1是它的结构图。
变频器基本电路图分析
目前,通用型变频器绝大多数是交—直—交型变频器,通常尤以电压器变频器为通用,其主回路图(见图1.1),它是变频器的核心电路,由整流回路(交—直交换),直流滤波电路(能耗电路)及逆变电路(直—交变换)组成,当然还包括有限流电路、制动电路、控制电路等组成部分。
1)整流电路
如图1.2所示,通用变频器的整流电路是由三相桥式整流桥组成。
它的功能是将工频电源进行整流,经中间直流环节平波后为逆变电路和控制电路提供所需的直流电源。
三相交流电源一般需经过吸收电容和压敏电阻网络引入整流桥的输入端。
网络的作用,是吸收交流电网的高频谐波信号和浪涌过电压,从而避免由此而损坏变频器。
当电源电压为三相380V时,整流器件的最大反向电压一般为1200—1600V,最大整流电流为变频器额定电流的两倍。
2)滤波电路
逆变器的负载属感性负载的异步电动机,无论异步电动机处于电动或发电状态,在直流滤波电路和异步电动机之间,总会有无功功率的交换,这种无功能量要靠直流中间电路的储能元件来缓冲。
同时,三相整流桥输出的电压和电流属直流脉冲电压和电流。
为了减小直流电压和电流的波动,直流滤波电路起到对整流电路的输出进行滤波的作用。
通用变频器直流滤波电路的大容量铝电解电容,通常是由若干个电容器串联和并联构成电容器组,以得到所需的耐压值和容量。
另外,因为电解电容器容量有较大的离散性,这将使它们随的电压不相等。
因此,电容器要各并联一个阻值等相的匀压电阻,消除离散性的影响,因而电容的寿命则会严重制约变频器的寿命。
3)逆变电路
逆变电路的作用是在控制电路的作用下,将直流电路输出的直流电源转换成频率和电压都可以任意调节的交流电源。
逆变电路的输出就是变频器的输出,所以逆变电路是变频器的核心电路之一,起着非常重要的作用。
最常见的逆变电路结构形式是利用六个功率开关器件(GTR、IGBT、GTO等)组成的三相桥式逆变电路,有规律的控制逆变器中功率开关器件的导通与关断,可以得到任意频率的三相交流输出。
通常的中小容量的变频器主回路器件一般采用集成模块或智能模块。
智能模块的内部高度集成了整流模块、逆变模块、各种传感器、保护电路及驱动电路。
如三菱公司生产的IPMPM50RSA120,富士公司生产的7MBP50RA060,西门子公司生产的BSM50GD120等,内部集成了整流模块、功率因数校正电路、IGBT逆变模块及各种检测保护功能。
模块的典型开关频率为20KHz,保护功能为欠电压、过电压和过热故障时输出故障信号灯。
逆变电路中都设置有续流电路。
续流电路的功能是当频率下降时,异步电动机的同步转速也随之下降。
为异步电动机的再生电能反馈至直流电路提供通道。
在逆变过程中,寄生电感释放能量提供通道。
另外,当位于同一桥臂上的两个开关,同时处于开通状态时将会出现短路现象,并烧毁换流器件。
所以在实际的通用变频器中还设有缓冲电路等各种相应的辅助电路,以保证电路的正常工作和在发生意外情况时,对换流器件进行保护.
1)驱动电路
驱动电路是将主控电路中CPU产生的六个PWM信号,经光电隔离和放大后,作为逆变电路的换流器件(逆变模块)提供驱动信号。
对驱动电路的各种要求,因换流器件的不同而异。
同时,一些开发商开发了许多适宜各种换流器件的专用驱动模块。
有些品牌、型号的变频器直接采用专用驱动模块。
但是,大部分的变频器采用驱动电路。
从修理的角度考虑,这里介绍较典型的驱动电路。
图2.2是较常见的驱动电路(驱动电路电源见图2.3)。
驱动电路由隔离放大电路、驱动放大电路和驱动电路电源组成。
三个上桥臂驱动电路是三个独立驱动电源电路,三个下桥臂驱动电路是一个公共的驱动电源电路。
2)保护电路
当变频器出现异常时,为了使变频器因异常造成的损失减少到最小,甚至减少到零。
每个品牌的变频器都很重视保护功能,都设法增加保护功能,提高保护功能的有效性。
在变频器保护功能的领域,厂商可谓使尽解数,作好文章。
这样,也就形成了变频器保护电路的多样性和复杂性。
有常规的检测保护电路,软件综合保护功能。
有些变频器的驱动电路模块、智能功率模块、整流逆变组合模块等,内部都具有保护功能。
图2.4所示的电路是较典型的过流检测保护电路。
由电流取样、信号隔离放大、信号放大输出三部分组成。
3)开关电源电路
开关电源电路向操作面板、主控板、驱动电路及风机等电路提供低压电源。
图2.5富士G11型开关电源电路组成的结构图。
直流高压P端加到高频脉冲变压器初级端,开关调整管串接脉冲变压器另一个初级端后,再接到直流高压N端。
开关管周期性地导通、截止,使初级直流电压换成矩形波。
由脉冲变压器耦合到次级,再经整流滤波后,获得相应的直流输出电压。
它又对输出电压取样比较,去控制脉冲调宽电路,以改变脉冲宽度的方式,使输出电压稳定。
4)主控板上通信电路
当变频器由可编程(PLC)或上位计算机、人机界面等进行控制时,必须通过通信接口相互传递信号。
图2.6是LG变频器的通讯接口电路。
频器通信时,通常采用两线制的RS485接口。
西门子变频器也是一样。
两线分别用于传递和接收信号。
变频器在接收到信号后传递信号之前,这两种信号都经过缓冲器A1701、75176B等集成电路,以保证良好的通信效果。
所以,变频器主控板上的通信接口电路主要是指这部分电路,还有信号的抗干扰电路。
5)外部控制电路
变频器外部控制电路主要是指频率设定电压输入,频率设定电流输入、正转、反转、点动及停止运行控制,多档转速控制。
频率设定电压(电流)输入信号通过变频器内的A/D转换电路进入CPU。
其他一些控制通过变频器内输入电路的光耦隔离传递到CPU中。
在下面文章中,上传了有关变频器的维修知识供大家分享!
根据大家对我的提议以及对我的支持,现在将一些变频器最基本,基础的知识贡献给大家
变频器开关电源电路,
变频器开关电源主要包括输入电网滤波器、输入整流滤波器、变换器、输出整流滤波器、控制电路、保护电路。
我们公司产品开关电源电路如下图,是由UC3844组成的开关电路:
开关电源主要有以下特点:
1,体积小,重量轻:
由于没有工频变频器,所以体积和重量吸有线性电源的20~30%2,功耗小,效率高:
功率晶体管工作在开关状态,所以晶体管的上功耗小,转化效率高,一般为60~70%,而线性电源只有30~40%
二极管限幅电路
限幅器是一个具有非线性电压传输特性的运放电路。
其特点是:
当输入信号电压在某一范围时,电路处于线性放大状态,具有恒定的放大倍数,而超出此范围,进入非线性区,放大倍数接近于零或很低。
在变频器电路设计中要求也是很高的,要做一个好的变频器维修技术员,了解它也相当重要。
1、二极管并联限幅器电路图如下所示:
2、二极管串联限幅电路如下图所示:
变频器控制电路组成
如图1所示,控制电路由以下电路组成:
频率、电压的运算电路、主电路的电压、电流检测电路、电动机的速度检测电路、将运算电路的控制信号进行放大的驱动电路,以及逆变器和电动机的保护电路。
在图1点划线内,无速度检测电路为开环控制。
在控制电路增加了速度检测电路,即增加速度指令,可以对异步电动机的速度进行控制更精确的闭环控制。
1)运算电路将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算,决定逆变器的输出电压、频率。
2)电压、电流检测电路 与主回路电位隔离检测电压、电流等。
3)驱动电路 为驱动主电路器件的电路,它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。
4)I/0输入输出电路 为了变频器更好人机交互,变频器具有多种输入信号的输入(比如运行、多段速度运行等)信号,还有各种内部参数的输出“比如电流、频率、保护动作驱动等)信号。
5)速度检测电路 以装在异步电动轴机上的速度检测器(TG、PLG等)的信号为速度信号,送入运算回路,根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。
6)保护电路 检测主电路的电压、电流等,当发生过载或过电压等异常时,为了防止逆变器和异步电动机损坏,使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。
逆变器控制电路中的保护电路,可分为逆变器保护和异步电动机保护两种,保护功能如下
变频器驱动电路的HCPL-316J特性
HCPL-316J是由Agilent公司生产的一种IGBT门极驱动光耦合器,其内部集成集电极发射极电压欠饱和检测电路及故障状态反馈电路,为驱动电路的可靠工作提供了保障。
其特性为:
兼容CMOS/TYL电平;
光隔离,故障状态反馈;
开关时间最大500ns;
“软”IGBT关断;
欠饱和检测及欠压锁定保护;
过流保护功能;
宽工作电压范围(15~30V);
用户可配置自动复位、自动关闭。
DSP与该耦合器结合实现IGBT的驱动,使得IGBTVCE欠饱和检测结构紧凑,低成本且易于实现,同时满足了宽范围的安全与调节需要。
HCPL-316J保护功能的实现 HCPL-316J内置丰富的IGBT检测及保护功能,使驱动电路设计起来更加方便,安全可靠。
其中下面详述欠压锁定保护(UVLO)和过流保护两种保护功能的工作原理:
(1)IGBT欠压锁定保护(UVLO)功能
在刚刚上电的过程中,芯片供电电压由0V逐渐上升到最大值。
如果此时芯片有输出会造成IGBT门极电压过低,那么它会工作在线性放大区。
HCPL316J芯片的欠压锁定保护的功能(UVLO)可以解决此问题。
当VCC与VE之间的电压值小于12V时,输出低电平,以防止IGBT工作在线性工作区造成发热过多进而烧毁。
示意图详见图1中含UVLO部分。
图1HCPL-316J内部原理图
(2)IGBT过流保护功能
HCPL-316J具有对IGBT的过流保护功能,它通过检测IGBT的导通压降来实施保护动作。
同样从图上可以看出,在其内部有固定的7V电平,在检测电路工作时,它将检测到的IGBTC~E极两端的压降与内置的7V电平比较,当超过7V时,HCPL-316J芯片输出低电平关断IGBT,同时,一个错误检测信号通过片内光耦反馈给输入侧,以便于采取相应的解决措施。
在IGBT关断时,其C~E极两端的电压必定是超过7V的,但此时,过流检测电路失效,HCPL-316J芯片不会报故障信号。
实际上,由于二极管的管压降,在IGBT的C~E极间电压不到7V时芯片就采取保护动作。
整个电路板的作用相当于一个光耦隔离放大电路。
它的核心部分是芯片HCPL-316J,其中由控制器(DSP-TMS320F2812)产生XPWM1及XCLEAR*信号输出给HCPL-316J,同时HCPL-316J产生的IGBT故障信号FAULT*给控制器。
同时在芯片的输出端接了由NPN和PNP组成的推挽式输出电路,目的是为了提高输出电流能力,匹配IGBT驱动要求。
当HCPL-316J输出端VOUT输出为高电平时,推挽电路上管(T1)导通,下管(T2)截止,三端稳压块LM7915输出端加在IGBT门极(VG1)上,IGBTVCE为15V,IGBT导通。
当HCPL-316J输出端VOUT输出为低电平时,上管(T1)截止,下管(T1)导通,VCE为-9V,IGBT关断。
以上就是IGBT的开通关断过程。
待续:
变频器维修新手入门一在下面网址里,有兴趣的朋友可以进出看看:
常见开关电源原理:
UC3842电源为例
下图为UC3842或KA3842(UC3843)等基本设计图
一、开关电源的组成和原理方框图
开关电源由输入电网滤波器输入电压整流滤波器直流/交流变换器高频脉冲整流滤波电路控制电路保护电路及辅助电源等七个部分组成
1输入电网滤波器消除和防止来自电网的各种干扰如电动机的启动各种电器的开和关所引起的电火花雷击产生的干扰等同时又防止开关电源产生的高频电磁干扰向电网扩散
2输入电压整流滤波电路将电网交流电压进行整流滤波向直流/交流变换器提供纹波较小的直流电压而且当电网瞬间停电时电容器储存的能量可使开关电源输出电压维持一定的时间有利于计算机进行数据保护
3直流_/交流变换器是开关电源的关键部件它把未稳定的直流电压300V变成高频脉冲电压高频脉冲变压器可起到输入电网与输出端隔离作用另外还可储能变压
4高频脉冲整流滤波电路将变换器输出的高频脉冲电压进行整流滤波得到所需要的直流输出电压可获得多路输出同时还可防止高频噪声对负载的干扰
5控制电路检测直流输出电压与基准电压进行比较放大调制振荡器输出的脉冲宽度从而控制变换器以保持输出直流电压的稳定一般控制电路还包括软启动及停止电路
6保护电路在开关电源发生过压过流或短路时保护电路使开关电源停止工作以保护负载和开关电源本身有的还发出报警信号
7辅助电源为控制电路和保护电路提供满足一定技术要求的直流电源以保证它们工作稳定可靠辅助电源可以是独立的计算机电源多数采用也可以由开关电源本身提供显示器电源采用
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