实际检修中,只对驱动电路的动、静态电压值进行检测并判断电路的好坏是片面的。若忽略对驱动电路输出电流能力的检查,则很多我们认为已经正常修复的变频器,在运行中还会暴露出更为隐蔽的故障现象,导致一定的返修率。
图5-21 驱动电路关键工作点的脉冲波形
对IGBT开通和关断的控制,可以归结到对其栅、射极之间的CGE结电容的充、放电的控制上。对驱动电路而言,IGBT是一个容性负载电路,电容为储能元件不消耗功率,但驱动电路需提供无功电流和无功功率,这个容性无功电流同样在互补功率放大器的导通内阻、栅极电阻上形成有功功率的损耗,这从本例机型驱动电路的末级电路采用功率放大器,栅极电路为1W以上的功率电阻上即可看出。换言之,IGBT虽为电压控制器件,但驱动电路仍需提供足够的驱动电流和驱动功率,才能满足IGBT的开通控制要求使其极电极与发射极之间呈现足够低的导通内阻。而且脉冲信号的频率越高,CGB结电容的容抗越小,IGBT所需“流入”的驱动电流也就越大。
若驱动电路提供的驱动电流偏小,IGBT处于欠激励状态,变频器在空载或轻载状态。因流过IGBT集电极、发射极之间的电流值小,其导通内阻(导通压降)可以忽略,随着变频器的加载流过IGBT的电流增大,IGBT的导通内阻变大所造成的管压降上升,就会暴露出来,出现运行中IGBT功率模块过热、输出三相电压不平衡、负载电动机剧烈振动、频跳OC故障等现象。
驱动电路仅有电压输出能力(测脉冲信号电压值满足一定幅度)是不够的,还需一定的电流输出,即功率输出能力,才能完成驱动IGBT的任务。
维修部中,往往不具备对变频器的带载试验,那么怎样验证和避免出现IGBT的欠激励状态,并避免因驱动电路不良造成的机器返修呢?可以用检测驱动电路的电流输出能力的方法来做到这一点。
以A3120V驱动IC为例,说明对驱动电路的电流输出能力的检测方法——用一只负载电阻串联直流电流挡,测量驱动电路的电流输出能力。图5-22中的(b)电路,是带有末级放大器的输出电流检测电路。以图(b)电路为例。R3为栅极电阻,一般为几十欧姆。R4为“暂时添加的负载电阻”,选取R4=R3,从图中a、b两点串入万用表的50mA(或250mA)直流电流挡。停机状态所测为反向截止控制电流值一般为20~50mA(b点搭红笔);起动后所测为正向激励电流值一般为30~100mA(b点搭黑笔)。
图5-22 驱动电路的输出电流能力测量电路
(a)驱动IC的输出电流测量;(b)末级功率放大器的输出电流测量
注意:图5-22电路重点用于测量电流输出能力,此时GU点信号电压因或R3、R4分压的缘故,比正常测量值低一倍(已经不是原来的输出电压值了),此时不要误判输出电压低。
对驱动电路检测的最后一关,即是检测电路的电流/功率输出能力。可以比较6路驱动电路的输出电流值,哪一路输出电流值严重偏小,说明该驱动电路存在驱动能力差的故障。
驱动电路的驱动能力差(或带载能力差)的故障原因如下。