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1、变频器驱动电路常用的几种驱动IC变频器驱动电路中常用 IC ,共有为数不多的几种。可以设想一下，变频器电路的通用电路，必定是 主电路(包括三相整流电路和三相逆变电路)和驱动电路，即便是型号的功率级别不同的变频器，驱动 电路却往往采用了同一型号的驱动IC，甚至于驱动电路的结构和布局，是非常类似的和接近的。早期的和小功率的变频器机种，经常采用TLP250、A3120( HCPL3120)驱动IC，内部电路简单，不含IGBT保护电路；以后被大量广泛采用的是 PC923、PC929的组合驱动电路，往往上三臂IGBT采用PC923 驱动，而下三臂IGBT则采用PC929驱动。PC929内含IGBT检测保
2、护电路等；智能化程度比较高的专用 驱动芯片A316J，也在大量机型中被采用。通过熟悉驱动IC的引脚功能和掌握相关的检测方法，达到对驱动电路进行故障判断与检测的能力，以及能对不同型号的驱动 IC应急进行代换与修复。一、TLP250 和 HCPL3120 驱动 IC :Nc 18 VccIF+ 27 Vo6 VoIF- 3Nc 4Nc 18 VccIF+ 27 Vo6 VoIF- 35 GND5 GND Nc 4Nc 18 Vcc7 Vo6 NcIF- 3Nc 4IF+ 2TLP250HCPL3120/ J312HCNW3120图1三种驱动IC的功能电路图TLP250:输入IF电流阀值5mA，电源
3、电压10 -35V，输出电流土 0.5A，隔离电压2500V，开通/关断时间(t t ) 0.5 us。可直接驱动50A1200V的IGBT模块，在小功率变频器驱动电路中，和早期PLH/ PHL变频器产品中被普遍采用。HCNW3120 (A3120 ):与HCPL3120、HCPLJ312内部电路结构相同，只是因选材和工艺的不同，后者的电隔离能力低于前者。输入IF电流阀值2.5mA，电源电压15 - 30V，输出电流士 2A，隔离电压1414V，可直接驱动150A/1200V的IGBT模块。三种驱动IC的引脚功能基本一致，小功率机型中可用TLP250直接代换另两种HCNW3120和HCPL31
4、20，大多数情况下TLP350、HCNW3120可以互换，虽然它们的个别参数和内部电路有所差异，如TPL250的电流输出能力较低，但在变频器中功率机型中，驱动IC往往有后置放大器， 对驱动IC的电流输出能力就不是太挑剔了。驱动IC实质上都为光耦合器件，具有优良的电气隔离特性。输入侧内部电路为一只发光二极管，有明显的正、反向电阻特性。用指针式万用表X1k档测量，2、3脚正向电阻约为100k Q左右，反向电阻无穷大；用X 10k档测量，正向电阻约为25k Q左右，反向电阻也为无穷大。当然2、3脚与输出侧各引脚电阻，都是无穷大的。5、6脚和5、8脚之间，均有鲜明的正、反向电阻，当5脚搭红表笔时，有1
5、0k Q/30 k Q的电阻值，5脚接黑表笔时，电阻值接近于无穷大。因选材、工艺和封装型式的不同和测量仪表的选型不同，得出的测量数值会有一定的差异。TLP250的输出电路采用互补式电压跟随器输出电路，VI、V2均为双极型器件三极管。而 HCPL3120的输出电路V2采用了 DMOS三极管，两种芯片的输出侧电阻值有所差异。在上电检测中，从驱动IC的电路结构中可得出如下结论：当2、3脚输入电流通路接通时，TPL250内部V1导通，6、7脚则与8脚电压相近或相等；当 2、3脚输入电流为零时，TLP250内部V2导通，6、7脚则与5脚电位相近或相等。这即是对TLP250好坏进行判断的依据。TLP250
6、在线测量：因机型不同，外围电路的数值不尽相同，所以测量得出的在线电阻值的参考意义不大。在供电状态 下，可方便测出 TLP250的好坏情况。驱动电路的带电检测，须在单独检修驱动电路的情况下或已将逆 变功率电路的供电切除的情况下进行！严禁在整机运行状态下，直接下笔测量驱动电路一一由表笔引入的干扰信号会误触通 IBGT，造成严重损坏！在脱开逆变电路或切断逆变电路供电的情况下，和CPU主板能输出正常六路驱动脉冲的情况下，可以在线检测驱动IC的工作状态。在变频器的控制线路处于停机状态时，测量2、3脚电压应为0V，测量5、6脚电压应为OV；操作变频器的操作显示面板，使之处于启动运行状态，测量2、3脚应有0
7、.6V左右的正向电压值，此时测量5、6脚之间应有2-4V左右的电压输出。说明TLP250是好的。2、3脚输入电压有变化，但输出脚无电压变化，或输出脚一直保持一个固定不变的高电平或低电平，说明TLP250损坏。当然，也可用外加电源串联限流电阻提供TLP250的输入电流，检测输出脚的电压变化，来检测判断TLP250的好坏。上述检测方法同样适用于HCNW3120等的检测。IF+ 3IF- 2IF- 1Nc 4Nc 5Nc 6Nc 7二、PC923、PC929 驱动 IC:13 Vcc8 Vcc5 Vc6 Vo7 GND图2配对应用的驱动IC :12 Vc11 Vo10 GND14 GND9 C8 F
8、SPC923 （ 8 引脚）、PC929 （ 14 引脚）两片驱动IC经常成对出现，成为驱动电路的一个经典组合模式。PC923用于上三臂IGBT管子的驱动，PC929则用于驱动下三臂IGBT管子，并同时承担对IGBT导通管压降的检测，对IBGT实施过流保护和输出OC报警信号的任务。PC929与普通驱动IC的不同，在于内部含有IGBT保护电路和OC信号输出电路，将驱动和保护功能集成于一体。PC923 的相关参数：输入 IF电流值5 s20mA，电源电压15 -35V，输出峰值电流土 0.4A，隔离电压5000V，开通/关断时间（t t ） 0.5 us。可直接驱动50A/1200V以下的小功率I
9、GBT模块。PC923的PLH/ PHL电路结构同TLP250等相近，但输出引脚不太一样。5、8脚之间可接入限流电阻，限制输出电流以保护内部V1、V2三极管。常规应用，是将 5、8脚直接短接，接入供电电源的正极。如果将输出侧引线改动一下，也可以与 TLP520、A3120等互为代换。其上电检测方法也同于PC929的相关参数与PC923相接近，在电路结构上要复杂一些。TLP250，在此不予赘述。1、2脚为内部发光二极管阴极，脚为发光管阳极，1、3脚构成了信号输入端。4、5、6、7脚为空端子。输入信号经内部光电耦合器、放大器隔离处理后经接口电路输入到推挽式输出电路。10、14脚为输出侧供电负端，1
10、3脚为输出侧供电正端，12脚为输出级供电端，一般应用中将13、12脚短接。11脚为驱动信号输出端，经栅极电阻接IGBT或后置功率放大电路。PC929的9脚为IGBT管压降信号检测脚，9、10脚经外电路并联于IGBT的C、E极上。IGBT在额定电流下的正常管压降仅为3V左右。异常管压降的产生表征了IGBT运行在危险Vcc 8+18VVc 5+5V受控电源1 Nc2 I+Q1R20CPUR193 I-勺 6f =.J Q2 R21 .4 NcgNdjjQ3R27, - Q4 J-10V 0V的过流状态下。PC929的8脚为IGBT管子的OC （过载、过流、短路）信号输出脚，由外接光耦合器将 故障信
11、号返回CPU。+5V受控电源CPUR19C14N恒压电路Q1R107R99D25R122X-R100WIGBTN接口电路放大器IGBTQ2PC12 -的R97-J R98PC11 PC929I C35D260V-10VPC2 PC923图3 PC923、PC929与后置放大器构成的U相驱动电路PC929内部IGBT保护电路的动作过程：在正常状态下，变频器无论处于待机或运行状态，2、3脚输入脉冲信号电流，11脚相继产生+15V和-7.5V的输出驱动电压信号。此时PC929的8（FS）脚一直为高电平状态；当所驱动的IGBT管子流过异常电流时 （如2倍以上额定电流），IGBT的导通管压降迅速上 升，
12、使9脚电压到达故障报警阀值（7V），PC929内部的IGBT保护电路起控，11脚输出的正向激励电压 降低，使IGBT的导通电流下降，同时控制8脚内部的三极管 Q3导通，输出一个低电平的OC故障信号，经外接光耦合器送入 CPU，CPU据过流情况实施保护停机等动作。表1 PC923、PC929输出侧的各脚电阻值（ kQ）PC9232、3脚5脚搭红表笔5、6脚5、7脚5、8脚正向电阻10348.570笔PC929 3 、 2 脚10脚搭红笔10、8 脚10、9 脚10、 11 脚10、12 脚10、 13 脚正向25OO2013121110反向8OOOOOO5510反向810脚搭黑笔135脚搭红黑O
13、O在单独维修电源/驱动板的上电检测中，因PC929的9、10脚与IGBT模块脱离，一接受运行信号，PC929 的8脚即报出OC故障信号，11脚输出脉冲电压也被内部IGBT保护电路所嵌制，致使无法测出工作状态。需采取相应措施，解除PC929的管压降检测功能，强制电路正常工作，达到方便检测的目的。三、智能型驱动 ICHCPL-316J (A316J )：图4 HCPL-316J内部结构框图及引脚功能图RESETVLED1+Q ；ft心 DESAT7 F*ULf 厨RE驻T微LEDFAULTUVLCYc.cw I? *UVLOI FT 5-1SHtELDOUTFLJT tC!F:tNEUT iCVW
14、T HI,图5 HCPL-316J内部电路原理图U31 A316J+5V*3 Vcc1Vcc2 132 Vin-Vc 121 Vin+DESAT 146 FAULTVOUT 115 RSTLED2+ 157LED1+Vee 98 LED1-Vee 104 GND1Ve 16C71331R77 20310 CNN1C72 331图6由HCPL-316J构成的驱动电路R72202R7510R图4和图5分别为 A316J的内部结构图和原理图。AJ316的输出电流值达2.5A，可直接驱动150A/1200V的IGBT。作为一种专用驱动芯片，其各项功能已接近完善，外围附属电路相对简洁。输入 侧内部电路为
15、数字门电路，阻抗较高，不必取用大的信号源电流。内含欠电压封锁输出电路和IGBT保护电路；内含输入脉冲信号和输出OC信号的两路光电耦合器；具有故障时封锁驱动脉冲和故障复位控制功能，与CPU配合，可实现自动停机、自动复位等控制。如图4和图5，A316J内部以两只光耦合器的光传输通道为分界点，分出了输入侧电路和输出侧电 路。1、2为Vin+、Vin-正/负信号输入端，LED1与相关输入侧、输出侧电路构成了脉冲信号传输电路。 输入信号经门电路由发光管 LED1 （光耦合器）传输至输出侧电路。输出侧接受到的光信号再经受控放大 电路，进行功率放大后由 11脚输出，驱动IGBT模块。LED1的阳极和阴极分别
16、由7、8脚引出，便于外 接故障保护电路，以切断脉冲信号的传输。但常规应用中，一般是将7脚悬空，8脚直接接输入侧信号（电源）地，构成了信号直通回路。内部输出级电路为推挽式输出电路，由复合放大器保障大电流输出能力。实际电路中，控制电路的 供电端子13脚与输出级放大器的供电端子12脚也是短接的，接入驱动电路供电电源的正极，9、10脚接入供电负极，电源电压范围为15 s 30V。驱动电路对IGBT的过载保护，并非是通过电流采样一一串联电流采样电阻或采用电流互感器来进 行的，而是由IGBT的通态管压降，来判断IGBT是否出处于过流状态。在额定电流以下运行时，IGBT管压降不大于3V，当运行电流达到IGB
17、T的两倍时，管压降会上升到7V以上。应该实施保护停机了。LED2 （光电耦合器）与输入、输出侧相关电路构成了IGBT管压降检测电路、IGBT模块的OC信号报警电路和故障复位电路。14脚为IGBT管压降信号（IGBT过电流检测信号）输入脚， 14、16脚经外接元 件并联于IGBT的C、E极上。正常工作状态下，IGBT保护电路不动作，LED2为截止状态，输入侧内部RS触发器的输出Q端保持低电平，对LED1的信号输入通路不起控制作用，同时6脚内部DMOS管因无工作偏压处于截止状态，6脚（模块OC信号输出脚）为高阻态（高电平），电路正常工作；当负载过重或 驱动电路本身故障或 IGBT有开路性损坏时，1
18、4脚检测到IGBT导通期间的管压降达 7V以上时，内部IGBT 保护电路起控，11脚内部功率输出电路被先行封锁，LED2导通，RS触发器Q端变为高电压，脉冲信号输入门电路被封锁，同时 6脚内部DMOS管子导通，将低电平的OC信号输入CPU或前级故障信号处理电路。当RS触发器被触发后，将维持故障锁定状态，LED1的传输通路被切断，驱动信号无输出。直到AJ316的5脚（复位信号输入脚）接受一个外来（该信号常用 CPU输出）低电平的复位信号时，RS触发器状态 复位，LDE1等电路构成的脉冲信号传输通道，才又重新开通。15脚在OC故障信号输出时为高电平，也可配合外接电路进行故障报警等，一般电路中，15
19、脚也被空置未用。OC故障信号、供电电源欠电压信号和脉冲输入信号，决定着AJ316的输出状态。输出推挽电路具有互锁功能，确保上、下管子不会同时导通。当供电电压低落到12V以下时，为避免IGBT欠激励而导致电路故障，内部欠电压电路保护电路起控，推挽输出电路的DMOS下管被强制导通，将驱动脉冲输出端下拉为低电平，IGBT被截止；在脉冲输入信号有效期间，IGBT保护电路检测到IGBT的管压降异常上升时，则保护电路起控，推挽输出电路的上部达林顿管被关断，并由RS触发器实施了故障锁定。同时推挽输出电路下管中并联的DMOS管子中放大倍数小的管子先行导通，经外接触发回路将IGBT的G、E结电容所储存的电荷进行缓慢释放，使IGBT软关断，避免由主电路的分布电感形成过大的Ldi/dt，易使IGBT超出安全工作区而损坏。对A316J驱动IC的测量判断见下表。表2 A316J 的各脚电阻值（MF47型表X 1k档测量）输入侧引脚12356784脚搭红笔88888884脚搭黑笔43437429108输出侧引脚101112131415169脚搭红笔08888889脚搭黑笔08889109A316J的上电检测，请参见本博的其它文章。旷野之雪2010年3月21日星期日
