變頻器電源電路及故障排除方法解析

南通職業(yè)大學(xué)技師學(xué)院 管云忠

本文分析了變頻器常見開關(guān)電源的電路組成、工作原理以及常見故障的引起原因及排除方法，提出了筆者的見解。

1 變頻器開關(guān)電源電路組成及工作原理分析

變頻器開關(guān)電源為整機(jī)提供多種直流電壓，開關(guān)電源工作正常是變頻器正常工作的前提。開關(guān)電源種類較多，不同類型的開關(guān)電源，電路組成有較大的差異，維修方法也不盡相同。變頻器開關(guān)電源屬高壓電路。高壓易導(dǎo)致開關(guān)管擊穿。開關(guān)管一旦擊穿一般會導(dǎo)致與之相連的元器件大面積損壞，維修量較大。因此，開關(guān)電源屬于故障高發(fā)電路，占變頻器總故障的50%以上。

在許多牌子的變頻器開關(guān)電源電路中，主要采用UCX84XB芯片。主要是UC2844B，UC3844B，UC2842B，UC3842B等芯片。這4種芯片組成的開關(guān)電源電路結(jié)構(gòu)相似，檢修方法基本相同。因此下面以常見的UC3844B芯片組成的開關(guān)電源電路為例，介紹其基本組成，工作原理及常見故障的排除方法。

UC3844B是電流型單端輸出式PWM，其最大占空比為50%，啟動電壓16V，具有過電壓保護(hù)和欠壓鎖定功能。當(dāng)工作電壓大于34V時，穩(wěn)壓管穩(wěn)壓，使內(nèi)部電路在小于34V電壓下可靠工作；當(dāng)輸入電壓低于10V時，芯片被鎖定，控制器停止工作。

變頻器開關(guān)電源電路由UC3844B芯片及其外圍電路組成。士林SS2-0.75K變頻器開關(guān)電源電路如圖1所示。UC3844B的7腳是電源端。芯片工作的開啟電壓為16V，欠壓鎖定電壓為10V，上限為34V，這里設(shè)定15V給它供電。同時并聯(lián)電解電容C17濾波。開始時，該電源由變頻器的主電源向其供電。即380V三相電源經(jīng)三相整流橋整流后輸出580V左右直流電壓P。該直流高壓經(jīng)三只電阻R9、R10、R24串聯(lián)降壓，送到UI的7腳。電路起振正常工作后，該電源由高頻變壓器次級繞組N2供電。即次級繞組N2經(jīng)快恢復(fù)二極管D3整流，電解電容C19，濾波穩(wěn)壓，送往U3（78L15）的輸入端，經(jīng)穩(wěn)壓后輸出+15V電壓，經(jīng)D1二極管整流，C17電解電容濾波后向U1的7腳供電。U1的4腳外接振蕩電路，產(chǎn)生所需頻率的鋸齒波。4腳與8腳之間的電阻R4，以及4腳與地之間的電容C12共同決定振蕩頻率。U1的8腳是內(nèi)部5V基準(zhǔn)電壓輸出端，給0I1，PC817光耦的輸出端三極管提供穩(wěn)定的電壓。U1的2腳及1腳為內(nèi)部電壓比較器的反相輸入端和輸出端。它們之間接一個電阻R14，構(gòu)成比例調(diào)節(jié)器。這里采用比例調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)的目的是為了保證反饋回路的響應(yīng)速度。2腳外部的反饋電壓取自高頻變壓器輸出端V12（7V）。采用可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器U2（TL431）配合光耦OI1（PC817），起隔離作用，U2起穩(wěn)壓作用。輸出電壓V12的變化，通過電阻R5（30C）和R25（01C）取樣，送往U2的輸入端（TL431的REF端），REF端的電壓高低控制TL431從陰極到陽極之間的分流大小，這個電流又直接驅(qū)動OI1光耦的發(fā)光部分，進(jìn)而控制OI1的感光端的輸出電壓的高低。OI1感光端由3844B的8腳內(nèi)部產(chǎn)生的精準(zhǔn)的5V電壓供電。OI1感光端的反饋電壓經(jīng)電阻R14A（01C）和電阻R14B（222）取樣后送往3844B的2腳直流電壓反饋端。TL431穩(wěn)壓的原理是：當(dāng)輸出電壓V12升高時，REF端取樣電壓升高，導(dǎo)致流過TL431的電流增大，光耦發(fā)光加強(qiáng)，感光端得到的反饋電壓變大，3844B的2腳反饋電壓也高，使得輸出的開關(guān)管驅(qū)動信號占空比增加，從而使開關(guān)管關(guān)閉時間增加，高頻變壓器輸出電壓降低。反之，當(dāng)V12降低時，調(diào)節(jié)方式正好相反，這樣循環(huán)下去，使開關(guān)電源輸出電壓趨于穩(wěn)定，達(dá)到穩(wěn)壓的目的。采用TL431穩(wěn)壓控制電源，輸出電壓穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)。是目前變頻器開關(guān)電源的主要控制方式。U1的3腳是電流傳感端，電流取樣電壓由引腳3輸入到電流比較器。當(dāng)引腳3電壓大于1V時，輸出關(guān)閉。圖1中，在開關(guān)管的源極串聯(lián)一個小電阻R1（1W，2R2），流過開關(guān)管的電流經(jīng)電阻R1取樣，轉(zhuǎn)化為電壓，經(jīng)電阻R2（01B）送往U1的3腳，控制脈沖寬度。當(dāng)開關(guān)電源輸出發(fā)生短路性故障時，流過開關(guān)管的電流偏大，使送到U1的3腳的電壓超過1V，U1輸出關(guān)閉，有效的保護(hù)了開關(guān)管。正因?yàn)橛羞@樣的保護(hù)功能，開關(guān)管損壞的概率不高。

圖1 士林SE2-0.75KW變頻器開關(guān)電源電路圖

2 開關(guān)電源常見故障及排除方法分析

開關(guān)電源本身工作在高電壓環(huán)境下，故障多發(fā)。另外變頻器模塊損壞導(dǎo)致驅(qū)動電路連帶損壞，有時為驅(qū)動電路供電的開關(guān)電源也連帶損壞。因此，開關(guān)電源出現(xiàn)損壞的概率很高，引起損壞的原因很多。下面就常見的開關(guān)電源故障產(chǎn)生的原因及排除方法進(jìn)行分析。

2.1 開關(guān)電源不振蕩，變頻器無顯示

開關(guān)電源通電前，先檢查一下，開關(guān)管有無擊穿，穩(wěn)壓二極管有無擊穿，若電路沒有短路性故障存在，就可以用直流電壓進(jìn)行通電檢查。電壓慢慢增加，觀察電路板上元器件的反應(yīng)，以及仔細(xì)聽，供電電源有無翁翁聲，有聲音表示變頻器開關(guān)電源存在短路性故障，此時應(yīng)立刻關(guān)閉電源。加電后，若電路板反應(yīng)平靜，這時開始測量開關(guān)電源啟動電壓V1的大小。如測得電壓小于10V，且穩(wěn)定，則表明開關(guān)電源沒有起振。引起V1電壓偏低的原因有：V1穩(wěn)壓濾波電容C19、C17容量減小，這個占到50%左右的比例；或者是V1與地端并接的18V穩(wěn)壓二極管變質(zhì)，（很多變頻器中設(shè)置了這個穩(wěn)壓二極管，防止電壓過高，損壞U1芯片。圖1中無此此穩(wěn)壓二極管），導(dǎo)致穩(wěn)壓值下將。這個原因占到30%左右的比例。檢查上面兩個元件并更換，V1電壓低的故障很方便排除。如果測得V1電壓為0V。則原因比較簡單。可能是580V直流電壓到V1之間的降壓電阻R9、R10、R24損壞，導(dǎo)致無電壓；或者是電路中3V的發(fā)光二極管損壞（發(fā)光二極管作電源指示用，很多變頻器電源電路中多有設(shè)置。圖1中無此發(fā)光二極管），電源一通電，發(fā)光二極管會發(fā)光，如果不發(fā)光，則該管子可能損壞，更換一個新的，故障便會排除；或者V1與地端并接的18V穩(wěn)壓二極管擊穿，導(dǎo)致V1無電壓。逐一檢查，能夠找到壞的元件。

2.2 開關(guān)電源間歇振蕩，變頻器顯示板一亮一滅

如測量啟動電壓V1，在10-15V之間波動，則表明開關(guān)電源間隙振蕩。一般而言，芯片UC3844B可能是好的，其驅(qū)動信號輸出端至開關(guān)管觸發(fā)極（G極）電路信號應(yīng)該基本正常。導(dǎo)致間歇振蕩的原因很多，需要耐心、細(xì)致的逐一分析、檢查。第一種原因是：V1供電電路不正常。U1芯片能夠起振，說明U1啟動電壓供給電路是正常的，U1起振后，高頻變壓器次級繞組N2須向U1的7腳供電，才能使開關(guān)電源振蕩持續(xù)。如果這個供電不正常，會導(dǎo)致間隙振蕩。重點(diǎn)檢查N2到V1之間的元器件：D3，C19，7815穩(wěn)壓塊，D1，C17等元器件。第二種原因是：開關(guān)電源負(fù)載偏重，導(dǎo)致開關(guān)管過電流保護(hù)，出現(xiàn)間歇振蕩。負(fù)載偏重，引起的間隙振蕩，一般伴有打嗝聲，比較容易和第一種故障原因區(qū)別開來。如果變頻器模塊損壞，直流高壓竄入驅(qū)動電路，將驅(qū)動光耦損壞，為光耦供電的開關(guān)電源電路也會一起損壞。經(jīng)常會使整流二極管和穩(wěn)壓二極管擊穿。這種擊穿故障，用檢查正反向電阻值的方法容易找出壞的元器件。逐一檢查高頻變壓器各輸出端直流電源端，是否存在短路性故障。第三個原因是：UC3844B芯片損壞。如果原因一、二檢查沒發(fā)現(xiàn)問題，則更換UC3844B芯片。該芯片損壞，也會導(dǎo)致間隙振蕩。總之，本故障引起的原因多，檢查起來費(fèi)時費(fèi)力。

2.3 開關(guān)電源輸出電壓偏高

如果一通電，出現(xiàn)濾波電容炸裂，則有可能是輸出電壓偏高所致。這時應(yīng)立刻關(guān)閉電源。為確認(rèn)輸出電壓是否偏高，在升高供電電壓的過程中，用萬用表監(jiān)測輸出電壓。此時必須將CPU板與開關(guān)電源分離，避免因電壓太高損壞CPU板。如果開關(guān)電源輸出電壓偏高，則立刻斷電。開關(guān)電源能穩(wěn)定輸出電壓，是TL431在發(fā)揮穩(wěn)壓作用。一旦TL431電路出現(xiàn)異常，則會引起輸出電壓偏高。重點(diǎn)檢查輸出電壓V12取樣電阻R5，R25；檢查TL431，光耦PC817。如果R5、R25電阻值改變，引起TL431的REF端電壓降低，則會引起開關(guān)電源輸出電壓升高。逐一檢查上述元器件，必要時更換TL431及PC817光耦。另外引起開關(guān)電源輸出電壓偏高的原因是U1的2腳外圍電路出現(xiàn)故障所致。重點(diǎn)檢查反饋電壓取樣電阻R14A、R14B等電阻是否變質(zhì)。對于士林變頻器還存在當(dāng)電壓反饋取樣電源V2的穩(wěn)壓濾波電容C55（470UF16V）失效后（容量大幅下降），會引起輸出電壓上升10V左右。更換這個濾波電容，輸出電源恢復(fù)正常。

2.4 開關(guān)電源嚴(yán)重?fù)p壞

高溫環(huán)境中使用的變頻器，經(jīng)常出現(xiàn)開關(guān)管、U1芯片，限流電阻、穩(wěn)壓二極管等主要元器件大面積損壞的現(xiàn)象。甚至出現(xiàn)高頻變壓器線圈也出現(xiàn)高低壓繞組絕緣損壞擊穿的現(xiàn)象。這是由于長期高溫環(huán)境下，高頻變壓器絕緣老化損壞，導(dǎo)致開關(guān)電源崩潰。一般環(huán)境中使用的變頻器，很少出現(xiàn)高頻變壓器大量損壞的情況。如果再次維修的開關(guān)電源，沒使用多長時間，再次出現(xiàn)開關(guān)管損壞的情況，則有可能是高頻變壓器有問題。溫度不高時，高頻變壓器的絕緣還可以，一旦發(fā)熱絕緣就下降，發(fā)生高低壓擊穿，導(dǎo)致開關(guān)管再次損壞。為此，筆者為維修這批高溫環(huán)境中使用的變頻器，專門定做高頻變壓器，并將開關(guān)管，U1芯片，限流電阻，穩(wěn)壓管全部換新，取得了較好的維修效果。

結(jié)束語：采用UCX84X驅(qū)動芯片，輸出電壓經(jīng)TL431穩(wěn)壓控制，PC817光耦隔離的開關(guān)電源電路，輸出電壓穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，在許多變頻器電源電路中得到廣泛應(yīng)用。該開關(guān)電源較其他類型的開關(guān)電源故障率低，除開關(guān)電源間隙振蕩故障排除費(fèi)時費(fèi)力外，其余故障排除相對容易，維修方法相對簡單。