低压变频器--主电源板分析2

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1、主电源板 DBP002 V1.1 分析报告主电源板在变频器中起着中间纽带作用，为其他电路板提供工作电源，为驱动板提供驱动信号并将反馈信号上传给主板，接收主板发出的控制信号，并将各种模拟量电压电流信号，保护信号等传递给主板。主电源板电路大致分为：电源电路，电流采样处理电路，PWM 信号电平转换电路，输入缺相保护电路。电源电路是电源板的核心部分，从变频器的正负母线取电540V （ 380V 交流整流后得到 380* ,2 =537.4V）作为初始电源。取电电路如图1 所示， X12 或 X13 为 电压接入点（注意母线电压的正负），然后经过C39 电容滤波， C39 采用的是 CBB81 224J

2、/1200V薄膜电容 （ 224 =22*10 4 pF =22*10 2uF ,J 代表误差度一 5% ，耐压值为 1200V ），然后接入到了变压器的1 2 引脚，同时在1 2 引脚处还并联了RCD 吸 收电路，然后是场效应管，通过场效应管的开通与关断来在变压器上形成感应电动势，而场效应管的开通与关断则是通过其栅极型号G 来控制的，该信号来自电源控制板的 UC3844 输出的占空比可调的方波信号。占空比的调节是通过一路15V 信号的反馈来调节的。本电路又分几块：上电切换电路，RCD 吸收电路，变压器隔离变换电路，母线电压隔离采样电路上电切换电路 :上电切换电路是连接在正负母线之间的，当母线

3、上电后，电源控制板UC3844芯片的电源经母线电压上多只电阻串并联（电阻计算 75/3*8=200K ）限流后给电解电容充电，充电时间约为3S 左右（这个时间是由实验测出来的，具体计算需要考虑很多的因素，不好计算 ） 1，当电容上电压VG+ 充至 17V 时，与其并联的稳压二极管（ZMM18 稳压值 16.8-19.1V ）击穿稳压，供给UC3844 工作， UC3844 开始输出控制信号。由于要提供工作电流，电解电容就会放电，电压会下降。当其输出控制信号后，就会使得次级辅助绕组电路产生直流电压，从而切换至由该辅助绕组给芯片3844 供电，但必须保证要在电解电容上的电压降至芯片3844 欠压之

4、前完成切换，否则变压器的次级绕组电压就不能建立，UC3844 进入打嗝状态。RCD 吸收电路：在变压器的初级绕组回路中，由于电源采用反激电路拓扑（反激变压器的初次级相位是相反的）工作方式，变压器的初级漏感较大，当场效应管关断时，会在D脚产生较高的尖峰电压，如不采取吸收措施，会由于过压而损坏场效应管。 RCD 吸收电路有效的抑制了电压尖峰，使得场效应管工作在安全电压之内。通过 54K 等效电阻与 C41（ 103M/2K=0.01uF ，耐压 2KV ）并联后再串联一个D11（SF600 ）变压器隔离变换电路，变压器的初次级绕制为反激变压器模式，工作时，场效应管导通，初级绕组作为电感储存能量，次

5、级因为有二极管反向截止不工作。场效应管关断，初级绕组中电感能量通过电磁感应传递到次级绕组，次级绕组回路形成，从而输出工作电压。次级有10 个电压绕组，均通过二极管单管整流滤波，形成稳定的直流电压。由于负载变化或母线电压变化，会导致输出电压的变化，所以该电路采样 15V 绕组电压信号反馈给电源控制板，实时根据输出电压的变化调整UC3844输出信号的占空比，保证输出绕组的电压稳定。母线电压给里采样电路：母线电压由于电压值较高，一般需降压隔离后才传给主板。本电路采用变压器隔离方式，利用次级的-15V 绕组产生的正激电压信号，经二极管单管整流滤波，电阻分压后作为母线电压采样信号送至主板。电流采样电路信

6、号传至该电路。经电阻分压后幅值2V （阻值计算8.2K 与 8.21K ; 可知是将输入电压减小了一半），通过一级运放跟随输出（起缓冲、隔离、提高带载能力的作用），然后经过RC 滤波， U 相和 V 相电流信号经此处理后送至主板，同时两路电流信号经运放反相加法器电路合成W 相电流信号： -（V1U1） =W1 .号，该信号传给主板，同时与比较器的基准电压值比较输出一电平信号，送至主板作为硬件过流的判定依据。分析这种电路，首先要判断运放输入端是正相还是反相输入，以便在上电瞬间判断关键点的电平，为判断二极管的导通与关断做好准备，上图中为N3C为反相输入，所以N3C输出端与输入端IV1电位相反。在I

7、V1正半周时，（1）一路信号通过R60到达N3B反相器，由正半周波形转变成负半周波形；Uo2仁 -IV1（2）D1导通D2截止，Uo1=0V所有Uo2=-IV1。在IV1负半周时，（1） 一路信号通过R60到达N3B反相器，由正半周波形转变成负半周波形；Uo21=IV1（ 2）D2 导通 D1 截止， Uo1=-IV1 ，Uo1 又通过 10K 电阻与 N3B 构成反相放大器， Uo22=2IV1 ；所 以Uo2=IV1 。U V 、W 三路信号叠加，合成一路6 脉冲的直流电压信号，然后又经过一个反相运放将负的信号转换成正信号，并分为两路信号：一路信号将Uuvw 信号送入主板做软件过流判断依据

8、，另一路信号经滤波处理后送入反相输入迟滞比较器（抗干扰能力大大提高），参考电压值为24/34*5=3.53V 。门限宽度或回差电压为10K* （1515 ）/（10K1M） = 0.297V ，正常情况下输入电压值为2八2*飞=3.464V，小于参考电压值，比较器输出Vout=15V，当输出电流过高时，输入电压值增大，大于3.53V参考电压时，比较器翻转动作输出Vout=-15V，硬件过流保护信号0C由高电平变成低电平，经过了一个5V二极管的嵌位，由15V电平转变成5V电平，送入主控板作为判断硬件过流的判断依据。PWM 信号电平转换电路由主板输出至电源板的6 路PWM信号将三态反相缓冲器74H

9、C240D ( Vcc ：2-6V ) 处理后输出，经电平转换芯片MC14508B( Vcc/Vdd:3-18V ) 将 ( VCC 5V的TTL电平信号转换成( VDD 15V的CMO电平信号，传至驱动板，高电平的信号传输有利于信号的抗干扰。TTL电平标准输出L :2.4V 。输入L :2.0V，TTL器件输出低电平要小于0.8V ，高电平要大于2.4V 。输入低于1.2V就认为是0，高于2.0 就认为是1(快5-10ns功耗大)CMO信号1 逻辑电平电压接近于电源电压，0 逻辑电平接近于0V 。而且具有很宽的噪声容限。 CMOS!平：输出L :0.9*Vcc。输入L :0.7*Vcc。（慢

10、25-50ns功耗小）10E|1A1p1202ISVg20E2Y4318 1Y11A2417 2A42Y3|5161Y21A3|2A36152Y2|1Y37141A48132A22Y11Y4912GND 2A11C11INPUTSOUTPUTOEAYLHLLLHHXZ74HC240DW弓 I 脚74HC240DW真值表图PIN ASSIGNMENTCC i 16 VDD%ll 215】 Fen/3內 n 14%Ul 413阳陥512ODE :611皿 %口Gn710。血VssC 89】。和MC14504B引脚图Input Logic LevelsOutput LogicMode SelectL

11、evels1 (Vcc)TTLCMOS0 (VssCMOSCMOSmc14504B 工作状态选择5U1 IVO15U1VCC VDD7FA Q FQ AiFi14C651;113Bo MODEPWM-U12i i121A1IY1BiEo4.R 1PWM-V1416W1 6111A21Y2El1?WMW1514CoL :8IA4IY312VSSDoJ6.8K II_IY4Di2AL2Y1gGND MCI 45O4BPWM-UT1TPWM-V2 132A22Y222Y335V0 0R123 OKA32Y42A421GVCC0GND1C74HC24UDW输入缺相保护电路为检测输入电源缺相，设计此电路

12、，三相输入采样电压R、 S、 T 首先经过安规电容接地，吸收差模电压尖峰，然后经电阻衰减( 一路衰减电阻阻值为150 k T 后整流，并在整流后正负母线间并一电阻R24 分压，变频器输入三相正常时，分压电阻两端的电压为6 脉波的直流电压，电压有效值为1.35*(380V -0.6V* 2)/(2K150K * 2) * 2K = 1.35* 2.51V = 3.38V，电压值大于稳压二极管2V、光耦导通电压值1.1V 和 R25 1K 电阻的分压问题，光耦回路导通，输出至主板为低电平信号。当缺一相时，反压电阻上的电压信号变成一将负半周波形绝对值的正弦电压，使得光耦有规律的周期性导通和关断，输出

13、至主板的信号为一方波信号，以此作为输入缺相的判断标准。缺三相时，光耦不导通，LP 信号维持高电平。正常情况下的波形和缺一相时波形分别如下图所示。蓝色为 R24 上的信号，黄色为U2-74LVC14的 8 脚进主控板时的输入信号 ( 光耦输出低电平，进入主控板后接了个上拉5V ，转变成高高平，又经过六反相施密特触发器 74IVC14转变成了低电平，而且还将5V 电平信号转换成了3.3V 信号，以供给DSP 处理)。Tek 几?融 PM PM：SAVE.REClekSAVE REC(动作动祜謁像格或关二关二存图像存图像別伽TEMOIZ.BhfTEIfllOUBhfCH2/2.2SVOH1 1叫M 5D0mtsCH2722 別CH1 20QmV CH2 1,(WM FWM-Apr-12 06:58H1-Apr-三相输入正常时波形12OS!M缺任意一相是波形过热检测电路为防止IGBT工作温度过高，在IGBT散热片附件安装温度继电器KSD602VNL该温度继电器为常闭型 ，正常情况下处于闭合状态，即上图中1、2引脚联通，24V电压作用到光耦输入端，输入电流为24V/6Q -4mA，光耦导通，0H信号为低电平。当温度达到85 C保护值时，温度继电器动作，转为断开状态，光耦输入侧不能形成通路，发光二极管不工作，输出测三极管不导通，0H 信号转为高电平，传输到主控板显示温度过热故障。