英威腾5.5kW变频器雷击故障维修实例解析

    接手一台英威腾变频器维修，检查功率模块已经炸裂损坏。拆掉损坏模块后，单独用DC500V为开关电源上电，面板先是显示ltE（意为“电流检测电路故障”）故障代码，随后显示OC3（意为“恒速运行过电流”）故障代码，由故障报警现象判断，属于变频器雷击故障维修，估计是雷击至电流检测电路损坏，上电后MCU检测到异常的过电流报警信号，而给出过流示警，拒绝接受起动信号，给驱动电路和其它电路故障的进一步检测带来不便。
    那么这个ltE和OC3报警信号是由哪部分电路输出的呢？
    机器为小功率机型，未采用霍尔式电流互感器采样输出电流信号。在U、V、W输出回路中串接有mΩ级（一般为3~5mΩ）电流采样电阻，将电阻两端的电压降信号，作为采样电流信号，输入后级由线性光耦和差分放大器构成的电流检测前级电路，得到输出电流的检测信号。将V相电流检测电路的前级电路。测绘如图1所示。

图1 V相电流检测电路的前级电路

    由MCU主板来的脉冲信号，由PC3（AT350光耦器件）驱动IC耳隔离的功率放大后，经GV、EV脉冲端子直接驱动逆变电路中的VT1（IGBT）。V相输出电流在采样电阻R24、R25上形成转化为电压降信号，输入由U11、U12组成的前级电流检测电路。

图2 线性光耦A7840引脚和电路原理框图

    U11（A7840）为线性光耦器件（见图2），除具有电气隔离作用以外，输入电阻高至480kΩ,能对mV级输入电压信号进行线性放大，并转化为差分信号输出。本身的电压放大信号数为8倍。本例电路，U12差分放大器的电压放大倍数为5，因而电路总的电压放大倍数为5×8=40倍，工作中在IV电流信号检测点，可得到0~1V左右的检测信号输出。
    电流检测电路的静态输出如图1标示，单电源+5V供电条件下，A7840的差分信号输出端6、7脚电压值均为2.5V，即输出差分信号为0，后级运放电路输出电压值亦为0；现在实测值6脚电压为3.87V，7脚电压为1.29V。A7840最大输入电压为320mV，其最大输出电压差值为2.5V左右。显然，此时A7840外于错误的“电流采样最大值输出”状态，测IV信号检测点电压值高达11V以上，此电流检测信号输入MCU引脚，致使其判断存在过流、模块短路故障，而报出OC3故障代码。
    先假定电流检测电路的元件，如U10、U11、U12等全部是好的，在逆变功率模块拆除状态下，电路会否误报故障呢？用什么方法可以屏蔽掉此故障信号呢？
    A7840为光耦器件，其输入、输出侧需要两路独立的供电电源。输入侧5V电源，是由V相驱动电路供电电源的V+、VGND取得的16V供电，再经5V稳压器U10处理所得。供电的负极，经逆变功率模块内部的触发信号地和V*输出线（见图1模块内部的粗连线）引入至U10的公共端。当逆变模块拆除后，相当于EV与V*的连接断开，即U10的公共端悬空，从而造成A7840输入侧的5V供电丢失！
    A7840其“内部电路环境”所决定了，只有1、4脚的5V供电正常时，输出侧差分信号值才为0，表现为6、7脚电压值均为2.5V；当输入侧供电消失后，6、7脚电压不再相等，形成最大的差分输出，后续电路因而输出过流报警信号。
    做了个试验：在A7840输入侧5V供电消失情况下，无论短接2、3输入脚，或干脆将1、2、3、4脚同时短接，都无法使输出侧差分电压值为0，这可能是内部特殊电路结构所决定的。因而屏蔽OC故障，要采用什么简易的方法呢？
    方法是，恢复A7840的输入侧供电。即拆除功率模块后，将EV端子与V*输出端子用导线连接，即可消除电流检测电路的误报警。采用这个方法，还有一个附带的收获，即当恢复A7840的输入侧的正常供电后，测输出侧仍有差分信号电压输出，则可判断A7840已经损坏。
    所接手的本例故障，即V相电流检测电路是好的，而另两路中的A7840和5V稳压器，均已损坏，即使恢复了正常供电，仍有错误的电流检测信号输出。更换5V稳压器和A7840后，采用恢复输入侧5V供电的故障屏蔽方法后，不再误报故障，电流检测电路的故障修复同时也告完成。最后代换功率模块后，变频器修复完成。

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