直流回路电压检测电路的设计与实现

图6-4 东元7200PA 37kW变频器直流回路电压检测电路

图6-4的直流回路电压的采样是取自开关电源电路的开关变压器的二次绕组，N3绕组输出的交流电压的正半波，由VD12、C14整流滤波成直流5V电压，供CPU主板及操作显示面板的供电；N3绕组输出的交流电压的负半波，则经VD11整流，和电阻、电容滤波成-42V电压，作为后续电压检测电路的输入电压信号。因-42V电压反映了开关变压器一次绕组供电电压的高低——直流回路电压的高低（在开关电源电路一章中有详述），所以此电路也为直流回路电压检测电路。下面再看两例此类直流回路电压检测电路，如图6-5所示。

图6-5 英威腾P9/G9变频器电压检测电路

由开关变压器的二次绕组输出的交流电压，经VD16负向整流成随直流回路电压变化的负电压，经R、C构成的π形滤波电路，处理成平滑的直流电压，作为直流回路的电压采样信号，由电源/驱动电路板的排线端子J1经排线电缆连接至CPU主板的排线端子CN1，并经其15脚引入到后续电压检测电路。

为克服器件离散性带来的影响，直流回路的电压采样信号——VPN，经RP1调整后，由R4、R198输入到U15d构成的反相放大器电路，输出信号分为三路，送入后级电路。一路由VD2钳位保护电路、R104、C29滤除干扰，送入CPU的47脚，供显示直流回路的电压的高低，和提供过电压、欠电压报警；另两路信号送入由U10a、U10b构成的两级迟滞电压比较器电路，分别输出过电压OU停机保护信号，至后级CPU外围（末级故障检测电路）故障信号处理电路；输出BRK——制动电路控制信号，供后级制动开关管的控制电路。

有的机型中，BRK信号是由CPU输出的脉冲信号，本机中是由电压检测电路检测到直流回路的异常高电压（如680V）信号后，由迟滞电压比较器输出控制信号，输入后级驱动电路，驱动制动开关管。

可以看出，因基准电压幅度的不同，U10a、U10b构成了两级梯级电压比较器，其同相输入端输入的为基准电压信号。R116、R117、R1243只分压电阻将Z10V（10V）基准电压分压成两个基准电压值，U10a的同相输入端基准电压值要高于U10b的同相输入端的基准电压值，因而当直流回路电压升高时（如负载电动机超速向直流回路馈入再生能量时），反相端输入电压信号与同相端基准电压相比较，U10b电压比较器先行输出，输出端由+5V上拉高电平变为低电平信号，制动开关管接受驱动信号而开通，将制动电阻并接于直流回路，对直流回路的电压增量进行消耗。若制动开关电路的动作能使直流回路电压达到有效的回落，则变频器继续正常运行；若投入制动电阻，直流回路电压仍在继续上升，U10a的6脚输入的电压检测信号高于5脚基准电压信号，则U10a输出端由高电平变为低电平，将OU信号送入末级故障信号处理电路，变频器实施停机保护，同时在操作显示面板上显示OU故障代码。

应该说，送入CPU的47脚的电压检测信号，除作为模拟电压采样信号，供程序运算处理，在操作面板上显示直流回路的电压值（有的机型还作为对输出电压的参考）外，也用于过电压、欠电压报警提示。变频器在显示过电压、欠电压报警信号时，并不会马上停机，而是只给出警示，并配合时间上的延时处理，若在延时过程中，过电压、欠电压现象已经消失，则变频器继续运行。若延时时间到，仍处于过电压、欠电压状态，才实施保护停机措施。但此过电压、欠电压报警信号，与U10a输出的OU信号，在处理方式上有所不同。OU信号与BRK信号，皆为开关量信号，是一个很干脆的（故障）动作信号，OU信号输出时，说明过电压程度已经相当严重，变频器马上停机保护，没有控制动作上的延时处理。

电路对过电压的控制过程是：有过电压信号产生时，进行过电压预警，同时制动电路起控，直流回路接入制动电阻，对电压增量进行消耗；消耗无效时，报OU故障而停机。

由CPU对模拟信号和开关量信号的处理不同，可以形成我们的故障检测思路：

1）变频器一上电，即报出OU信号，则为U10a电路报的OU信号。其原因有2：

①供电电压异常偏高；

②U10a电路本身故障，误报OU信号。

2）在运行过程中报OU或LU故障，原因有4：

①直流回路存在程度较轻的过电压、欠电压，为U15d所检测，CPU进行延时处理后，报出过电压、欠电压故障；

②U15d及外围电路参数变异，误报过电压、欠电压信号；(www.xing528.com)

③直流回路出现异常上升电压，达到U10a的5脚基准电压值，U10a输出OU信号；

④U10a及外围电路参数变异，误报OU信号，导致变频器保护停机。

检测方法：

一般制动电路起控点为660～680V；OU信号起控点为700或720V左右。机型不同，可能会有所差异。

1）变频器上电即报OU故障，检测直流回路电压不超过600V，为U10a及末级电压检测电路本身故障，误报OU信号。

查说明书，找到相关参数，从操作显示面板调出直流电压显示值，若显示值与直流电压实际值相对应，则为U10a及外围和后续电路有元器件损坏或电路参数变异；若显示值大大高于实际直流回路电压值，则为U15d本身及输入电路故障引起，如RP1失调或接触不良等。

2）变频器在运行中，报过电压、欠电压故障。

监测输入供电、直流回路电压与运行电流。

①若供电电源电压正常，运行电流在额定值以内，直流回路电压低于450V且比较平稳，则故障为直流回路的储能电容因电解液干涸等原因，造成容量减小。直流回路电压过低且波动剧烈，说明直流回路储电失容严重或充电接触器主触点因烧灼有接触不良现象，必须检查直流回路储能电容容量和充电接触器的触点状况。

②变频器输入电压偏高，达到460V以上，使直流回路严重过电压。在工业区集中、而供电管理混乱的情况下，三相电源电压有时低至300V以下，有时高至460V以上。此为电源方面造成的过电压、欠电压报警及停机保护，应与用户方面协调解决此一问题，或换用供电变压器，增上交流稳压电源等。

③供电电压与运行电流均正常，随机性跳欠电压故障，故障为U15d输入电路不良，如RP1接触不良等。

④供电电压与运行电流均正常，随机性跳过电压故障，监测直流回路电压有异常上升现象，检查负载电动机有无再生发电现象，如属于电动机反发电的再生能量造成过电压报警，需与用户协调，加装制动单元和制动电阻，解决此一问题。

⑤监测直流回路电压无异常上升，但随机性报出过电压故障。调看直流回路电压显示值，接近实际值，为U10a及外围元器件损坏或电路参数变异等。

⑥负载电动机无再生发电能量产生，但制动电阻过热，有的冒烟等，检查U10b相关电路（注：小功率机型有内置制动开关管和制动电阻，大、中功率机型多为外加）。

变频器的过电压、欠电压“故障”有时候是比较麻烦的，变频器送到维修部，检测不出什么异常。故障的排除往往牵涉到现场供电及负载反发电等情况，所以有的维修，要到现场找出故障原因，有时候还要与用户一起，协商解决问题的办法。不光与机器打交道，还要与用户打交道。对电工电器的检修，往往牵扯到“现场”的问题。

图6-6为康沃CVF-G 5.5kW变频器电压检测电路，电路形式基本上同图6-5，IC9（LF393）迟滞电压比较器两级运算放大器同相输入端的基准电压是由+5V分压形成的。在此读者可自行分析，得出相关的检修思路与检测方法。