PC923、PC929驅動電路

 對逆變功率電路的修復是在確認CPU主板和驅動電路正常的前提下進行的，否則對IGBT模塊的盲目更換不但毫無意義，而且可能會造成直接的經濟損失；對驅動電路的修復是在CPU主板能正常輸出六路脈沖信號的前提下進行的，否則對驅動電路的修復不但無意義，而且給檢測帶來了一定的難度。CPU主板的正常，為我們修復各種故障，提供了有效的監控和提示的作用，使我們能根據操作顯示面板上故障代碼的提示，有針對性地檢查故障電路。

    但變頻器完善的各種檢測和保護功能，在變頻器正常運行時是非常必要的，在我們進行局部電路故障的維修時——總得使機器脫離開整機連接的狀態，來進行檢修吧，會引發相關保護電路的起控，而使變頻器進入故障鎖定狀態，停止了對比如對六路脈沖信號的輸出，使我們無法（或比較困難）檢測該信號通路如驅動電路是否能正常地對CPU電路來的六路脈沖信號進行傳輸和放大。

    驅動電路的工作狀態的正常，只有一個標準：能正常地傳輸和放大六路驅動脈沖。輸出的六路驅動脈沖具有符合要求的電壓幅度和電流供給能力。靜態（待機）下的工作點檢測，往往不能得出準確的結論。得想法讓電路處于動態工作中，一是采取相應措施，屏蔽掉變頻器的相關故障檢測功能，二是用某種方法驗證驅動電路的輸出能力，確認驅動電路輸出的六路逆變脈沖信號，是完全符合要求的，于是對驅動電路的修復才能畫上一個圓滿的句號。

    對驅動電路的檢修，一定程度上決定了整機檢修的成敗。故障變頻器無論表現出何種故障，最后的修復總是表現驅動電路六路驅動脈沖的正常輸出！六路脈沖輸出信號都有，但有缺陷，輕者機器不能正常工作，重者將有可能使逆變模塊損壞，對驅動電路的檢修，小心不為過！

 

一、驅動電路（由PC923、PC929組合）的構成和電路原理：

 

 

  

    上圖為東元7200MA變頻器 U相的驅動電路圖。15kW以下的驅動電路，則由PC923、PC929經柵極電阻直接驅動IGBT，中、大功率變頻器，則由后置放大器將驅動IC輸出的驅動脈沖進行電流放大后，再輸入IGBT的G、E極。

    驅動電路的電源電路，是故障檢測的一個重要環節。不但要求其輸出電壓范圍滿足正常要求，而且要求其具有足夠的電流（功率）輸出能力——帶負載能力。每一相的上、下IGBT驅動電路，因IGBT的觸發回路不存在共電位點，驅動電路也需要相互隔離的供電電源。由開關電源電路中的開關變壓器N1繞組輸出的交流電壓，經整流濾波成直流電壓后，又由R68、ZD1（10V穩壓管）簡單穩壓電路處理成正18V和負10V兩路電源，供給驅動電路。電源的OV（零電位點）線接入了IGBT和E極，驅動IC的7、8腳則接入了28V的電源電壓。

    光電耦合器的輸入、輸入側應有獨立的供電電源，以形成輸入電流和輸出電流的通路。PC2的2、3腳輸入電流為+5V*提供。此處供電標記為+5V*，是為了和開關電源電路輸出的+5V相區分。+5V*供電電路見下圖圖4。10。該電路可看作一簡單的動態恒流源電路，R179為穩壓管ZD7的限流電阻，穩壓管的擊穿電壓值為3。5V左右。基極電流回路中穩壓電路的接入，使流過Q8發射結的Ib維持一恒定值，進而使動態Ic也近似為恒定值。忽略Q8的導能壓降，電路的靜態輸出電壓為+5V，但動態輸出電壓值取決于所接負載電路的“動態電阻值”，而動態輸出電流總是接近于恒定的，這就使得驅動電路內部發光二極管能維持一個較為恒定的光通量，從而使傳輸脈沖信號的“陡峭度”比較理想，使傳輸特性大為改善。

 

圖4。10 驅動光耦輸入側供電電路

 

    電路工作原理簡述（請參見圖4。5的PC923、PC925內部電路）：

    由CPU主板來的脈沖信號，經R66加到PC2的3腳，在輸入信號低電平期間，PC2形成由+5V*、PC2的2、3腳內部發光二極管、信號源電路到地的輸入電流通路，PC2內部輸出電路的V1三極管導通，PC2的6腳輸出高電平信號（18V峰值），經R65為驅動后置放大電路的Q10提供正向偏流，Q10的導通將正供電電壓經柵極電阻R91引入到IGBT的G極，IGBT開通；在輸入信號的高電平期間，PC2的3腳也為+5V高電平，因而無輸入電流通路，PC2內部輸出電路的V2三極管導通，6腳轉為負壓輸出（10V峰值），也經R65為驅動后置放大電路的Q11提供了正向偏流，Q11的導通將供電的負10V電壓——IGBT的截止電壓經柵極電阻R91引入到IGBT的G極，IGBT關斷。在待機狀態，PC2的3腳輸入信號一直維持在+5V高電平狀態，則驅動電路一直輸出-10V的截止電壓，加到CN1觸發端子上，IGBT一直維持于可靠的截止狀態上。

    因IGBT柵-射極間結電容的存在，對其開通和截止的控制過程，實質上是對IGBT柵-射極間結電容進行充、放電的過程，這個充、放電過程形成了一定的峰值電流，故功率較大的IGBT模塊須由Q10、Q11組成的互補式電路跟隨放大器來驅動。

PC929驅動IC是兼有對驅動脈沖隔離放大和模塊故障檢測雙重“身份”的。由CPU主板來的脈沖信號從1/2、3腳輸入到PC923內部的光電耦合器，從11腳輸出后，經Q13、Q15兩級互補式電壓跟隨器的功率放大后，引入IGBT2的G極。此為驅動脈沖的信號傳輸電路路； PC929的9腳為模塊故障檢測信號輸入腳。正常工作狀態下，PC923的11腳輸出正的激勵脈沖電壓，使Q13導通，Q15截止。Q13的導通，將正偏壓加到IGBT2的G極上，IGBT2進入飽合開通狀態。忽略IGBT導通管壓降的話，IGBT2的導通即將U輸出端與負直流供電端N短接起來，提供輸出交流電壓的負半波通路，在導通期間，只要變頻器是在額定電流以內運行，IGBT2的正常管壓降應在3V以下。

PC929的9腳內部電路與外接R76、R77、D24、R73、D27等元件構成了IGBT管壓降檢測電路，二極管D27和負極接入了IGBT2的C極。PC929在發送激勵脈沖的同時，內部模塊檢測電路與外電路配合，檢測IGBT2的管壓降，當IGBT2正常開通期間，忽略IGBT2的導通壓降，U點電壓與N點電壓應是等電位的，N點與該路驅動電源的零電位點為同一條線。可以看到，D27的正向導通將a點電壓也嵌位為零電位點，即PC929的9腳無故障信號輸入，IGBT模塊OC信號輸出8腳為高電平狀態。當變頻器的負載電路異常或IGBT2管子故障時，雖有激勵偏壓加到IGBT2的G極，但嚴重過流狀態（或管子已經開路性損壞），使IGBT2的管壓降超過7V或更大，U、N之間高電壓差使D27于反偏截止，此時a點電壓是由R73引入的、經R78、D24、R77分壓的高于7V的電壓值，經R76輸入到PC929的9腳。PC929內部IGBT保護電路起控，對IGBT進行強行軟關斷動作，同時控制8腳內部三極管導通，進而提供了PC4光電耦合器的輸入電流，于是PC4將低電平的模塊OC信號報與CPU，變頻器實施OC故障保護停機動作。

IGBT模塊管壓降檢測電路中的D24二極管和C48組成消噪電路，以避免負噪聲干擾引起誤碼保護動作。

 讓我們看一下驅動電路中R91、R92的作用，實際電路中，這四只電阻因模塊損壞帶來的強電壓沖擊下，造成開路、短路和阻值變大的情況比比皆是，它在電路中究竟起到什么樣的作用呢？

R91將驅動脈沖引入到IGBT管子的G極，表面看來，這是一只限流電阻，限制流入IGBT管子的驅動（充電）電流，因管子的開通速度越快越好，開通時間越短越好，電阻的阻值就不能太大，以避免與IGBT管子的輸入結電容形成一個較大時間常數的延時電路，這是不希望出現的。但過激勵也會導致IGBT的損壞。此電阻多為Ω級功率電阻，隨變頻器功率的增加其阻值而減小。此電阻還有一個“真名”，叫柵極補償電阻，因為IGBT管子的觸發引線有一定長度，觸發脈沖又是數千赫茲的高頻信號，所以有一定的引線電感存在，而引線電感會引起觸發脈沖的畸變，產生 “電壓過沖”現象，嚴重時會造成IGBT管子的誤開通而造成損壞。接入R82可對引線電感有所補償，盡量使引線呈現電阻特性而不是電感特性，有效緩解引線電感造成的電壓過沖現象。

R92并接于IGBT管子的G、E極間，第一個好處就是，將IGBT管子輸入端的高阻狀態變為低阻狀態。我們新購得的IGBT逆變模塊，出廠前是用短路線將G、E極短接的，這樣萬一有異常電壓（如靜電）加到G、E極時，短路線將很快將此一異常電壓吸收，而避免了IGBT管子因輸入端子遭受沖擊而損壞。電路中并聯R92也有同樣的用處，在一定程度上將輸入的“差分電壓”變為了“共模電壓”，消解了異常輸入電壓的沖擊作用；R92對瞬態干擾有一定的作用，又可稱之為“消噪電阻”；R92并接于IGBT管子的G、E極間，與IGBT的G、E結電容相并聯，此電阻又被稱為“旁路電阻”，將瞬態干擾造成的對G、E結電容的充電電流“旁路掉”，以避免其誤開通。R92又形成了IGBT管子輸入結電容的電荷泄放通路，能提高電荷的泄放速度，對于只采用單電壓供電（無負供電電壓）的驅動電路，此電阻的作用尤其重要。

二、驅動電路的故障特征：

    1、變頻器上電顯示正常，接受啟動信號，即跳OC（過電流）、SC（短路）故障代碼。

    故障原因：

A、逆變模塊有開路性損壞，先是擊穿短路，炸裂后開路，或G、E間內部損壞，雖有觸發信號引入，但IGBT不能正常開通，驅動電路的IGBT管壓降檢測到異常大的導通壓降，報出OC故障。

B、驅動電路本身故障。a、無激勵脈沖加到IGBT的觸發端子，一是從CPU主板來的脈沖信號未能正常輸入到驅動電路的輸入端。二是驅動電路有元件損壞，阻斷了脈沖信號的傳輸； b、驅動電路不能輸出正常的驅動脈沖，多為電流輸出能力不足。一是驅動IC的后置放大器低效，元件變值等。二是驅動供電不良，不能達到足夠的電壓幅值和輸出足夠的驅動電流，使IGBT不能被良好開通或處于導通與截止的臨界點上，IGBT管壓降檢測電路檢測到大于7V的管壓降信號而報出OC故障。

    2、接受啟動信號，即跳GF（接地故障）。變頻器說明書中對接地故障的定義是，當負載電流大于額定電流的0.5倍左右時，即判斷為GF故障。其實GF也是OC故障的一個別名。在報警層次上有所不同。GF故障在啟動初始階段報出。

    3、上電，變頻器未接受啟動信號，變頻器在系統自檢結束后，即報出OC故障。故障原因：

    A、變頻器的三相輸出電流檢測電路損壞，誤報過流故障，如電流互感器內部電路損壞，誤報出嚴重過流故障；

    B、驅動電路的OC信號報警電路損壞，如PC929的8腳內部DMOS三極管短路，也會誤報OC信號。

4、變頻器上電后，既不跳OC、SC等故障代碼，也拒絕所有操作，出現類似于程序進入死循環的“死機”現象，先不要輕易判斷為CPU故障，可能為變頻器上電檢測到有OC信號輸出，出于保護目的，故拒絕所有操作，以免造成人為的故障擴大。  

5、變頻器上電，操作顯示正常，啟動后能在操作面板上監控到輸出頻率數值上升的現象，但U、V、W輸出端子無電壓輸出，變頻器也不報出OC故障，好像是“運行正常”。

    故障原因為驅動IC輸入側的+5V*供電電源丟失，六路驅動IC都無脈沖信號輸入，驅動電路處于“待機”狀態，IGBT管壓降檢測電路在“休息中”，并不向CPU返回OC信號。

    6、變頻器空載或輕載運行正常，但帶上一定負載后，出現電機振動、輸出電壓偏相、頻跳OC故障等。

    故障原因：A、驅動電路的供電電源電流（功率）輸出能力不足；B、驅動IC或驅動IC后置放大器低效，輸出內阻變大，使驅動脈沖的電壓幅度或電流幅度不足；C、IGBT低效，導通內阻變大，導通管壓降增大。

三、PC923、PC929驅動電路的檢修方法：

    本節檢修，是指在脫開變頻器主電路后的，對電源/驅動板的單獨上電檢修，整機連接條件下，可不敢對驅動電路這么動手啊，別說逆變電路有六只IGBT，有六十只IGBT也不夠“報銷”的。

    1、靜態檢測：

電路處于靜止狀態時，相對于+5V供電的地端，PC2的2、3腳電壓都為5V，直接測量2、3腳之間電壓差為0V；以驅動電源的OV為O電位參考點，CN1觸發引線端子的1線應為-10V。PC923、PC929的脈沖輸出腳和后置放大器的中點電壓都為-10V。

    檢測CN1端子的1線為OV，故障原因為A、驅動電源穩壓二極管擊穿短路；B、柵極電阻R91開路。

    檢測CN1端子的1線為+18V左右，故障原因為A、PC2的后置放大電路中的Q10短路；B、PC2內部輸出電路中的V1短路；C、檢查PC2的2、3腳如有電壓輸入，如1、2V，故障原因為前級信號電路故障，使PC2形成了輸入電流的通路。

    2、動態檢測：

電路靜態時測得CN1端子1線上有正常的-10V截止電壓，及測量各靜態工作點基本正常（其實各檢測點都表現為供電電壓），要進一步檢查動態——對脈沖信號的傳輸能力，驗證電路確無故障或使隱蔽故障暴露出來。

但接著碰到了麻煩事，因為在檢修中電源/驅動板與主電路已經脫開，CN1、CN2觸發端子是空置的，并未接入IGBT，而且在未查明驅動電路是否工作正常之前，也是絕不允許在IGBT接入530V直流供電的情況下，連接驅動電路并檢查驅動電路的故障的。   

因為IGBT的脫開，驅動電路輸出的脈沖無論正常與否，只要按一下操作面板的起動（FWD）或運行（RUN）按鍵，操作顯示面板即跳出OC故障。原因在于驅動芯片PC929在脈沖信號傳輸期間，PC929的9腳內部電路與外部元件構成的IGBT管壓降檢測電路，因IGBT的未接入（相當于開路），而檢測到極大的管壓降信號，而向CPU報出OC信號，CPU采取了停機保護措施。必須采取相應手段，屏蔽掉驅動電路對IGBT管壓降檢測功能，令CPU正常發送六路脈沖，以利驅動電路的進一步檢修。看下圖電路——PC929驅動電路的IGBT管壓降檢測等效電路圖：

   

 

圖4。11 IGBT管壓降檢測等效電路圖

 

    如果把IGBT看作一只開關的話，則在正向激勵脈沖作用期間，這只開關是閉合狀態的，b點電壓也為0V， 嵌位二極管D1正向導通，將a點電壓嵌位為0V，PC929的9腳因輸入低電平信號，IGBT保護電路不起控，驅動電路正常傳輸脈沖信號；當IGBT開路性損壞或檢修中脫開主電路后，同樣在正向激勵脈沖作用期間，D1反偏截止（在與主電路連接狀態下）或因脫開主電路呈開路狀態，則a點電壓則上升為R1與R2對+18V和-10V的分壓值，從兩只電阻的阻值可看出，a點電壓上升為近17V，PC929的9腳內部IGBT保護電路起控，Q3導通，由8腳輸出OC信號，經光耦器件輸入CPU，CPU報出OC故障，并停止了脈沖信號的輸出。

    如果單純將OC信號切斷，如將圖4、9中的PC4開路或短接PC2的1、2腳，以中斷OC信號的輸出，固然可以令CPU不停止脈沖信號的輸出，但PC929中IGBT保護電路還處于起控狀態，PC929仍無法正常輸出驅動脈沖信號。正確的做法是：短接上圖b、c點，即將D1的負極與OV供電引出線短接，人為造成“IGBT的正常導通狀態”，“糊弄”一下IBGT管壓降檢測電路，使之在激勵脈沖作用期間，能一直檢測到IGBT的“正常狀態”，內部保護電路不起控。

    在檢修所有變頻器的驅動電路板時，只有驅動電路本身有IBGT（管壓降檢測）保護電路，我們都可以找出上圖電路中的b、c點并予以短接，就可以將驅動電路OC故障的報警功能屏蔽掉，對驅動電路進行脈沖傳輸狀態的檢查了。

   

    好了，短接b、c點，按動操作顯示面板上的起動和停止按鍵，配合對輸出脈沖電壓的測量，驅動電路的隱蔽故障，便一一暴露無遺了。

    驅動電路動、靜態電壓變化是如此明顯，無論用指針式萬用表或數字式萬用表、用直流電壓檔或交流電壓檔、直流電流檔或交流電流檔，都能測出明顯的變化。以至于我們不必采用示波器，也能準確判斷出驅動電路對脈沖信號的傳輸情況。測量數據如下表：

輸入信號電壓 PC923的2、3腳之間	直流電壓檔/停止	直流電壓檔/啟動	交流電壓檔/停止	交流電壓檔/啟動
	0V	約0．2V	0V	約0．4V
輸出信號電壓 CN1端子/2線為OV
	-10V	約+4V	0V	約16V

    注1：指針表的交流電壓檔，也能顯示偏大的直流電壓值，故在停機狀態，仍顯示一定電壓值，但在啟動狀態，表筆馬上反向指示。說明指針表的交流電壓檔，雖能測出信號電壓的峰值，但仍能指示出電壓的極性。用數字表，則能得出如上表的數據。

    注2：當驅動供電電壓為+15V和-7.5V時，檢測得出的輸出側的電壓值也相應降低。

    注3：因電路元器件的離散性、各路驅動電源電壓的差異、和不同型號變頻器PWM（SPWM）脈沖波形的差異，測量所得出的動態電壓值也會有較大的差異。如從觸發端子測得交流電壓值，其峰值往往大致接近供電電壓值，一般只要滿足在13V以上，IGBT就能可靠工作，六路脈沖電壓的幅度也有所差異。所以即使同一種采用同一種驅動IC的不同型號的變頻器，也可以測得不一樣的結果。我們不必從數值的精確度上太過講究，可完全從動、靜態電壓值、電壓極性的明顯變化上，判斷出驅動電路的工作狀態。

 

每一路驅動電路，都可以直接從驅動IC的兩個輸入腳檢測輸入信號，和從驅動信號的輸出端子檢測輸出信號。

A若輸入信號電壓為零，則往前檢測從CPU至驅動IC的信號傳輸電路；若有輸入信號，CN1、CN2的輸出信號端子則可能有以下幾種情況：

    B、仍為-10V的固定負壓。測PC923的6腳，也為-10V，驅動IC內部V2擊穿，代換；測PC923的6腳有4V左右的正電壓，故障為驅動IC后置放大器的Q11短路，更換。

    C、輸出脈沖信號電壓偏低。

a、用50V交流檔測PC923的6腳電壓，如過低，如僅為10V，對比測量一下PC929的輸入2、3腳電壓，如偏低，則往前檢測從CPU至驅動IC的信號傳輸電路；如正常，故障可能為PC923內部輸出電路的V1低效，代換PC923；

b、檢測PC923的6腳交流電壓值，達15V以上（+15V供電下，13V以上即為正常值），故障原因為R65、R91有阻值變大現象，更換。或Q11低效，更換。