通用变频器常见的驱动电路形式及分析
1 引言
交流变频调速技术是现代电力传动技术重要发展方向,随着电力电子技术,微电子技术和现代控制理论在交流调速系统中的应用,变频交流调速已逐渐取代了过去的滑差调速,变极调速,直流调速等调速系统,越来越广泛的应用于工业生产和日常生活的许多领域。
随着变频调速器的广泛应用,许多工程技术人员对它也有了相当的了解,一般通用型变频器大致包括以下几个部分:1整流电路,2直流中间电路,3逆变电路,4控制电路。而产生可调电压和可调频率的逆变电路,又应该是变频器各组成部分的核心技术。
2 驱动电路
逆变电路主要包括:逆变模块和驱动电路。由于受到加工工艺,封装技术,大功率晶体管元器件等因数的影响,目前逆变模块主要由日本(东芝,三菱,三社,富士,三肯。)及欧美(西门子,西门康,摩托罗拉,IR)等少数厂家能够生产。
驱动电路作为逆变电路的一部分,对变频器的三相输出有着巨大的影响。驱动电路的设计一般有这样几种方式(1)分立插脚式元件组成的驱动电路;(2)光耦驱动电路;(3)厚膜驱动电路;(4)专用集成块驱动电路等几种。
(1) 分立插脚式元件的驱动电路
分立插脚式元件组成的驱动电路在80年代的日本和台湾变频器上被广泛使用,主要包括日本(富士:G2,G5.三肯:SVS,SVF,MF., 春日,三菱Z系列K系列等)台湾(欧林,普传,台安.)等一系列变频器。随着大规模集成电路的发展及贴片工艺的出现,这类设计电路复杂,集成化程度低的驱动电路已逐渐被淘汰。
(2) 光耦驱动电路
光耦驱动电路是现代变频器设计时被广泛采用的一种驱动电路,由于线路简单,可靠性高,开关性能好,被欧美及日本的多家变频器厂商采用。由于驱动光耦的型号很多,所以选用的余地也很大。驱动光耦选用较多的主要由东芝的TLP系列,夏普的PC系列,惠普的HCPL系列等。以东芝TLP系列光耦为例。驱动IGBT模块主要采用的是TLP250,TLP251两个型号的驱动光耦。对于小电流(15A)左右的模块一般采用TLP251。外围再辅佐以驱动电源|稳压器和限流电阻等就构成了*简单的驱动电路。而对于中等电流(50A)左右的模块一般采用TLP250型号的光耦。而对于更大电流的模块,在设计驱动电路时一般采取在光耦驱动后面再增加**放大电路,达到**驱动IGBT模块的目的。
(3) 厚膜驱动电路
厚膜驱动电路是在阻容元件和半导体技术的基础上发展起来的一种混合集成电路。它是利用厚膜技术在陶瓷基片上制作模式元件和连接导线,将驱动电路的各元件集成在一块陶瓷基片上,使之成为一个整体部件。使用驱动厚膜对于设计布线带来了很大的方便,提高了整机的可靠性和批量生产的一致性,同时也加强了技术的保密性。现在的驱动厚膜往往也集成了很多保护电路,检测电路。应该说驱动厚膜的技术含量也越来越高。
(4) 专用集成块驱动电路
现在还出现了专用的集成块驱动电路,主要由IR的IR2111,IR2112,IR2113等,其它还有三菱的EXB系列驱动厚膜。三菱的M57956,M57959等驱动厚膜。
此外,现在的一些欧美变频器在设计上采用了高频隔离变压器加入了驱动电路中(如丹佛斯VLT系列变频器)。应该说通过一些高频的变压器对驱动电路的电源及信号的隔离,增强了驱动电路的可靠性,同时也有效地防止了强电部分的电路出现故障时对弱电电路的损坏。在实际的维修中我们也感觉到这种驱动电路故障率很低,大功率模块也极少出现问题。
在我们平时的日常生产使用中,大功率模块损坏是一种常见的故障现象。
3 故障现象分析
损坏的原因可能是多种多样的。马达短路,对地绝缘不好,电机堵转,外部电源电压过高都有可能造成变频器大功率模块的损坏,我们在实际维修中更换大功率模块时一定要确定驱动电路的正常工作。否这更换后很容易引起大功率模块的再次损坏。另外我们也要了解GTR模块和IGBT模块驱动电路的区别,两种功率模块前者为电流驱动,后者则是电压驱动。
随着电子元器件,大规模集成电路的发展,驱动电路也在不断向着高集成化方向发展,而且功能在不断扩大,性能也在不断提高。同时也对我们这些从事变频维修行业的人提出了更高的要求,以上只是本人在变频维修中的一些心得,同时也希望从事这行业的人多多沟通交流。