變頻器驅動電路中常用光耦，共有為數(shù)不多的幾種。可以設想一下，變頻器電路的通用電路，必定是主電路（包括三相整流電路和三相逆變電路）和驅動電路，即便是型號功率級別不同的變頻器，驅動電路卻往往采用了同一型號的驅動光耦，甚至于驅動電路的結構和布局，是非常類似的和接近的。
早期的和小功率的變頻器機種，經(jīng)常采用TLP250、A3120（HCPL3120）驅動光耦，內部電路簡單，不含IGBT保護電路；以后被大量廣泛采用的是PC923、PC929的組合驅動電路，往往上三臂IGBT采用PC923驅動，而下三臂IGBT則采用PC929驅動。PC929內含IGBT檢測保護電路等；智能化程度比較高的專用驅動芯片A316J，也在大量機型中被采用。 通過熟悉驅動光耦的引腳功能和掌握相關的檢測方法，達到對驅動電路進行故障判斷與檢測的能力，以及能對不同型號的驅動光耦應急進行代換與修復。
圖1 三種驅動光耦的功能電路圖
TLP250：輸入IF電流閥值5mA，電源電壓10∽35V，輸出電流±0.5A，隔離電壓2500V，開通/關斷時間（tPLH/ tPHL）0.5μs。可直接驅動50A1200V的IGBT模塊，在小功率變頻器驅動電路中，和早期變頻器產品中被普遍采用。 HCNW3120（A3120）：與HCPL3120、HCPLJ312內部電路結構相同，只是因選材和工藝的不同，后者的電隔離能力低于前者。輸入IF電流閥值2.5mA，電源電壓15∽30V，輸出電流±2A，隔離電壓1414V，可直接驅動150A/1200V的IGBT模塊。 可以互換，雖然它們的個別參數(shù)和內部電路有所差異，如TPL250的電流輸出能力較低，但在變頻器中功率機型中，驅動光耦往往有后置放大器，對驅動光耦的電流輸出能力就不是太挑剔了。
驅動光耦實質上都為光耦合器件，具有優(yōu)良的電氣隔離特性。輸入側內部電路為一只發(fā)光二極管，有明顯的正、反向電阻特性。用指針式萬用表×1k檔測量，2、3腳正向電阻約為100kΩ左右，反向電阻無窮大；用×10k檔測量，正向電阻約為25kΩ左右，反向電阻也為無窮大。當然2、3腳與輸出側各引腳電阻，都是無窮大的。5、6腳和5、8腳之間，均有鮮明的正、反向電阻，當5腳搭紅表筆時，有10kΩ/30 kΩ的電阻值，5腳接黑表筆時，電阻值接近于無窮大。因選材、工藝和封裝型式的不同和測量儀表的選型不同，得出的測量數(shù)值會有一定的差異。TLP250的輸出電路采用互補式電壓跟隨器輸出電路，V1、V2均為雙極型器件三極管。而HCPL3120的輸出電路V2采用了DMOS三極管，兩種芯片的輸出側電阻值有所差異。在上電檢測中，從驅動光耦的電路結構中可得出如下結論：當2、3腳輸入電流通路接通時，TPL250內部V1導通，6、7腳則與8腳電壓相近或相等；當2、3腳輸入電流為零時，TLP250內部V2導通，6、7腳則與5腳電位相近或相等。這即是對TLP250好壞進行判斷的依據(jù)。
因機型不同，外圍電路的數(shù)值不盡相同，所以測量得出的在線電阻值的參考意義不大。在供電狀態(tài)下，可方便測出TLP250的好壞情況。驅動電路的帶電檢測，須在單獨檢修驅動電路的情況下或已將逆變功率電路的供電切除的情況下進行！嚴禁在整機運行狀態(tài)下，直接下筆測量驅動電路——由表筆引入的干擾信號會誤觸通IBGT，造成嚴重損壞！在脫開逆變電路或切斷逆變電路供電的情況下，和CPU主板能輸出正常六路驅動脈沖的情況下，可以在線檢測驅動光耦的工作狀態(tài)。 在變頻器的控制線路處于停機狀態(tài)時，測量2、3腳電壓應為0V，測量5、6腳電壓應為OV；操作變頻器的操作顯示面板，使之處于啟動運行狀態(tài)，測量2、3腳應有0.6V左右的正向電壓值，此時測量5、6腳之間應有2--4V左右的電壓輸出。說明TLP250是好的。2、3腳輸入電壓有變化，但輸出腳無電壓變化，或輸出腳一直保持一個固定不變的高電平或低電平，說明TLP250損壞。 當然，也可用外加電源串聯(lián)限流電阻提供TLP250的輸入電流，檢測輸出腳的電壓變化，來檢測判斷TLP250的好壞。上述檢測方法同樣適用于HCNW3120等的檢測。 二、PC923、PC929驅動光耦：
圖2 配對應用的驅動光耦：PC923（8引腳）、PC929（14引腳）
兩片驅動光耦經(jīng)常成對出現(xiàn)，成為驅動電路的一個經(jīng)典組合模式。PC923用于上三臂IGBT管子的驅動，PC929則用于驅動下三臂IGBT管子，并同時承擔對IGBT導通管壓降的檢測，對IBGT實施過流保護和輸出OC報警信號的任務。PC929與普通驅動光耦的不同，在于內部含有IGBT保護電路和OC信號輸出電路，將驅動和保護功能集成于一體。
PC923的相關參數(shù)：輸入IF電流值5∽20mA，電源電壓15∽35V，輸出峰值電流±0.4A，隔離電壓5000V，開通/關斷時間（tPLH/ tPHL）0.5μs。可直接驅動50A/1200V以下的小功率IGBT模塊。PC923的電路結構同TLP250等相近，但輸出引腳不太一樣。5、8腳之間可接入限流電阻，限制輸出電流以保護內部V1、V2三極管。常規(guī)應用，是將5、8腳直接短接，接入供電電源的正極。如果將輸出側引線改動一下，也可以與TLP520、A3120等互為代換。其上電檢測方法也同于TLP250，在此不予贅述。
PC929的相關參數(shù)與PC923相接近，在電路結構上要復雜一些。1、2腳為內部發(fā)光二極管陰極，3腳為發(fā)光管陽極，1、3腳構成了信號輸入端。4、5、6、7腳為空端子。輸入信號經(jīng)內部光電耦合器、放大器隔離處理后經(jīng)接口電路輸入到推挽式輸出電路。10、14腳為輸出側供電負端，13腳為輸出側供電正端，12腳為輸出級供電端，一般應用中將13、12腳短接。11腳為驅動信號輸出端，經(jīng)柵極電阻接IGBT或后置功率放大電路。PC929的9腳為IGBT管壓降信號檢測腳，9、10腳經(jīng)外電路并聯(lián)于IGBT的C、E極上。IGBT在額定電流下的正常管壓降僅為3V左右。異常管壓降的產生表征了IGBT運行在危險的過流狀態(tài)下。PC929的8腳為IGBT管子的OC（過載、過流、短路）信號輸出腳，由外接光耦合器將故障信號返回CPU。
圖3 PC923、PC929與后置放大器構成的U相驅動電路 PC929內部IGBT保護電路的動作過程：在正常狀態(tài)下，變頻器無論處于待機或運行狀態(tài)，2、3腳輸入脈沖信號電流，11腳相繼產生+15V和-7.5V的輸出驅動電壓信號。此時PC929的8（FS）腳一直為高電平狀態(tài)；當所驅動的IGBT管子流過異常電流時（如2倍以上額定電流），IGBT的導通管壓降迅速上升，使9腳電壓到達故障報警閥值（7V），PC929內部的IGBT保護電路起控，11腳輸出的正向激勵電壓降低，使IGBT的導通電流下降，同時控制8腳內部的三極管Q3導通，輸出一個低電平的OC故障信號，經(jīng)外接光耦合器送入CPU，CPU據(jù)過流情況實施保護停機等動作。 表1 PC923、PC929輸出側的各腳電阻值（kΩ）
PC9232、3腳5腳搭紅表筆5、6腳5、7腳5、8腳
正向電阻10 348.570
反向∞5腳搭紅黑筆∞∞∞
PC9293、2腳10腳搭紅筆10、8腳10、9腳10、11腳10、12腳10、13腳
正向25 ∞5510∞20
反向∞10腳搭黑筆1313121110
在單獨維修電源/驅動板的上電檢測中，因PC929的9、10腳與IGBT模塊脫離，一接受運行信號，8腳即報出OC故障信號，11腳輸出脈沖電壓也被內部IGBT保護電路所嵌制，致使無法測出PC929的工作狀態(tài)。需采取相應措施，解除PC929的管壓降檢測功能，強制電路正常工作，達到方便檢測的目的。
圖4和圖5分別為A316J的內部結構圖和原理圖。AJ316的輸出電流值達2.5A，可直接驅動150A/1200V的IGBT。作為一種專用驅動芯片，其各項功能已接近完善，外圍附屬電路相對簡潔。輸入側內部電路為數(shù)字門電路，阻抗較高，不必取用大的信號源電流。內含欠電壓封鎖輸出電路和IGBT保護電路；內含輸入脈沖信號和輸出OC信號的兩路光電耦合器；具有故障時封鎖驅動脈沖和故障復位控制功能，與CPU配合，可實現(xiàn)自動停機、自動復位等控制。
如圖4和圖5，A316J內部以兩只光耦合器的光傳輸通道為分界點，分出了輸入側電路和輸出側電路。1、2為VIN+、VIN-正/負信號輸入端，LED1與相關輸入側、輸出側電路構成了脈沖信號傳輸電路。輸入信號經(jīng)門電路由發(fā)光管LED1（光耦合器）傳輸至輸出側電路。輸出側接受到的光信號再經(jīng)受控放大電路，進行功率放大后由11腳輸出，驅動IGBT模塊。LED1的陽極和陰極分別由7、8腳引出，便于外接故障保護電路，以切斷脈沖信號的傳輸。但常規(guī)應用中，一般是將7腳懸空，8腳直接接輸入側信號（電源）地，構成了信號直通回路。
內部輸出級電路為推挽式輸出電路，由復合放大器保障大電流輸出能力。實際電路中，控制電路的供電端子13腳與輸出級放大器的供電端子12腳也是短接的，接入驅動電路供電電源的正極，9、10腳接入供電負極，電源電壓范圍為15∽30V。
驅動電路對IGBT的過載保護，并非是通過電流采樣——串聯(lián)電流采樣電阻或采用電流互感器來進行的，而是由IGBT的通態(tài)管壓降，來判斷IGBT是否出處于過流狀態(tài)。在額定電流以下運行時，IGBT管壓降不大于3V，當運行電流達到IGBT的兩倍時，管壓降會上升到7V以上。應該實施保護停機了。
LED2（光電耦合器）與輸入、輸出側相關電路構成了IGBT管壓降檢測電路、IGBT模塊的OC信號報警電路和故障復位電路。14腳為IGBT管壓降信號（IGBT過電流檢測信號）輸入腳，14、16腳經(jīng)外接元件并聯(lián)于IGBT的C、E極上。正常工作狀態(tài)下，IGBT保護電路不動作，LED2為截止狀態(tài)，輸入側內部RS觸發(fā)器的輸出Q端保持低電平，對LED1的信號輸入通路不起控制作用，同時6腳內部DMOS管因無工作偏壓處于截止狀態(tài)，6腳（模塊OC信號輸出腳）為高阻態(tài)（高電平），電路正常工作；當負載過重或驅動電路本身故障或IGBT有開路性損壞時，14腳檢測到IGBT導通期間的管壓降達7V以上時，內部IGBT保護電路起控，11腳內部功率輸出電路被先行封鎖，LED2導通，RS觸發(fā)器Q端變?yōu)楦唠妷海}沖信號輸入門電路被封鎖，同時6腳內部DMOS管子導通，將低電平的OC信號輸入CPU或前級故障信號處理電路。當RS觸發(fā)器被觸發(fā)后，將維持故障鎖定狀態(tài)，LED1的傳輸通路被切斷，驅動信號無輸出。直到AJ316的5腳（復位信號輸入腳）接受一個外來（該信號常用CPU輸出）低電平的復位信號時，RS觸發(fā)器狀態(tài)復位，LDE1等電路構成的脈沖信號傳輸通道，才又重新開通。15腳在OC故障信號輸出時為高電平，也可配合外接電路進行故障報警等，一般電路中，15腳也被空置未用。
OC故障信號、供電電源欠電壓信號和脈沖輸入信號，決定著AJ316的輸出狀態(tài)。輸出推挽電路具有互鎖功能，確保上、下管子不會同時導通。當供電電壓低落到12V以下時，為避免IGBT欠激勵而導致電路故障，內部欠電壓電路保護電路起控，推挽輸出電路的DMOS下管被強制導通，將驅動脈沖輸出端下拉為低電平，IGBT被截止；在脈沖輸入信號有效期間，IGBT保護電路檢測到IGBT的管壓降異常上升時，則保護電路起控，推挽輸出電路的上部達林頓管被關斷，并由RS觸發(fā)器實施了故障鎖定。同時推挽輸出電路下管中并聯(lián)的DMOS管子中放大倍數(shù)小的管子先行導通，經(jīng)外接觸發(fā)回路將IGBT的G、E結電容所儲存的電荷進行緩慢釋放，使IGBT軟關斷，避免由主電路的分布電感形成過大的Ldi/dt，易使IGBT超出安全工作區(qū)而損壞。
對A316J驅動光耦的測量判斷見下表。
表2 A316J的各腳電阻值（MF47型表×1k檔測量）
輸入側引腳1235678
4腳搭紅筆∞∞∞∞∞∞∞
4腳搭黑筆4343742910∞
輸出側引腳10111213141516
9腳搭紅筆0∞∞∞∞∞∞
9腳搭黑筆08889109
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