变频器电源电路及故障排除方法解析

南通职业大学技师学院 管云忠

本文分析了变频器常见开关电源的电路组成、工作原理以及常见故障的引起原因及排除方法，提出了笔者的见解。

1 变频器开关电源电路组成及工作原理分析

变频器开关电源为整机提供多种直流电压，开关电源工作正常是变频器正常工作的前提。开关电源种类较多，不同类型的开关电源，电路组成有较大的差异，维修方法也不尽相同。变频器开关电源属高压电路。高压易导致开关管击穿。开关管一旦击穿一般会导致与之相连的元器件大面积损坏，维修量较大。因此，开关电源属于故障高发电路，占变频器总故障的50%以上。

在许多牌子的变频器开关电源电路中，主要采用UCX84XB芯片。主要是UC2844B，UC3844B，UC2842B，UC3842B等芯片。这4种芯片组成的开关电源电路结构相似，检修方法基本相同。因此下面以常见的UC3844B芯片组成的开关电源电路为例，介绍其基本组成，工作原理及常见故障的排除方法。

UC3844B是电流型单端输出式PWM，其最大占空比为50%，启动电压16V，具有过电压保护和欠压锁定功能。当工作电压大于34V时，稳压管稳压，使内部电路在小于34V电压下可靠工作；当输入电压低于10V时，芯片被锁定，控制器停止工作。

变频器开关电源电路由UC3844B芯片及其外围电路组成。士林SS2-0.75K变频器开关电源电路如图1所示。UC3844B的7脚是电源端。芯片工作的开启电压为16V，欠压锁定电压为10V，上限为34V，这里设定15V给它供电。同时并联电解电容C17滤波。开始时，该电源由变频器的主电源向其供电。即380V三相电源经三相整流桥整流后输出580V左右直流电压P。该直流高压经三只电阻R9、R10、R24串联降压，送到UI的7脚。电路起振正常工作后，该电源由高频变压器次级绕组N2供电。即次级绕组N2经快恢复二极管D3整流，电解电容C19，滤波稳压，送往U3（78L15）的输入端，经稳压后输出+15V电压，经D1二极管整流，C17电解电容滤波后向U1的7脚供电。U1的4脚外接振荡电路，产生所需频率的锯齿波。4脚与8脚之间的电阻R4，以及4脚与地之间的电容C12共同决定振荡频率。U1的8脚是内部5V基准电压输出端，给0I1，PC817光耦的输出端三极管提供稳定的电压。U1的2脚及1脚为内部电压比较器的反相输入端和输出端。它们之间接一个电阻R14，构成比例调节器。这里采用比例调节器调节的目的是为了保证反馈回路的响应速度。2脚外部的反馈电压取自高频变压器输出端V12（7V）。采用可调式精密并联稳压器U2（TL431）配合光耦OI1（PC817），起隔离作用，U2起稳压作用。输出电压V12的变化，通过电阻R5（30C）和R25（01C）取样，送往U2的输入端（TL431的REF端），REF端的电压高低控制TL431从阴极到阳极之间的分流大小，这个电流又直接驱动OI1光耦的发光部分，进而控制OI1的感光端的输出电压的高低。OI1感光端由3844B的8脚内部产生的精准的5V电压供电。OI1感光端的反馈电压经电阻R14A（01C）和电阻R14B（222）取样后送往3844B的2脚直流电压反馈端。TL431稳压的原理是：当输出电压V12升高时，REF端取样电压升高，导致流过TL431的电流增大，光耦发光加强，感光端得到的反馈电压变大，3844B的2脚反馈电压也高，使得输出的开关管驱动信号占空比增加，从而使开关管关闭时间增加，高频变压器输出电压降低。反之，当V12降低时，调节方式正好相反，这样循环下去，使开关电源输出电压趋于稳定，达到稳压的目的。采用TL431稳压控制电源，输出电压稳定性好，抗干扰能力强。是目前变频器开关电源的主要控制方式。U1的3脚是电流传感端，电流取样电压由引脚3输入到电流比较器。当引脚3电压大于1V时，输出关闭。图1中，在开关管的源极串联一个小电阻R1（1W，2R2），流过开关管的电流经电阻R1取样，转化为电压，经电阻R2（01B）送往U1的3脚，控制脉冲宽度。当开关电源输出发生短路性故障时，流过开关管的电流偏大，使送到U1的3脚的电压超过1V，U1输出关闭，有效的保护了开关管。正因为有这样的保护功能，开关管损坏的概率不高。

图1 士林SE2-0.75KW变频器开关电源电路图

2 开关电源常见故障及排除方法分析

开关电源本身工作在高电压环境下，故障多发。另外变频器模块损坏导致驱动电路连带损坏，有时为驱动电路供电的开关电源也连带损坏。因此，开关电源出现损坏的概率很高，引起损坏的原因很多。下面就常见的开关电源故障产生的原因及排除方法进行分析。

2.1 开关电源不振荡，变频器无显示

开关电源通电前，先检查一下，开关管有无击穿，稳压二极管有无击穿，若电路没有短路性故障存在，就可以用直流电压进行通电检查。电压慢慢增加，观察电路板上元器件的反应，以及仔细听，供电电源有无翁翁声，有声音表示变频器开关电源存在短路性故障，此时应立刻关闭电源。加电后，若电路板反应平静，这时开始测量开关电源启动电压V1的大小。如测得电压小于10V，且稳定，则表明开关电源没有起振。引起V1电压偏低的原因有：V1稳压滤波电容C19、C17容量减小，这个占到50%左右的比例；或者是V1与地端并接的18V稳压二极管变质，（很多变频器中设置了这个稳压二极管，防止电压过高，损坏U1芯片。图1中无此此稳压二极管），导致稳压值下将。这个原因占到30%左右的比例。检查上面两个元件并更换，V1电压低的故障很方便排除。如果测得V1电压为0V。则原因比较简单。可能是580V直流电压到V1之间的降压电阻R9、R10、R24损坏，导致无电压；或者是电路中3V的发光二极管损坏（发光二极管作电源指示用，很多变频器电源电路中多有设置。图1中无此发光二极管），电源一通电，发光二极管会发光，如果不发光，则该管子可能损坏，更换一个新的，故障便会排除；或者V1与地端并接的18V稳压二极管击穿，导致V1无电压。逐一检查，能够找到坏的元件。

2.2 开关电源间歇振荡，变频器显示板一亮一灭

如测量启动电压V1，在10-15V之间波动，则表明开关电源间隙振荡。一般而言，芯片UC3844B可能是好的，其驱动信号输出端至开关管触发极（G极）电路信号应该基本正常。导致间歇振荡的原因很多，需要耐心、细致的逐一分析、检查。第一种原因是：V1供电电路不正常。U1芯片能够起振，说明U1启动电压供给电路是正常的，U1起振后，高频变压器次级绕组N2须向U1的7脚供电，才能使开关电源振荡持续。如果这个供电不正常，会导致间隙振荡。重点检查N2到V1之间的元器件：D3，C19，7815稳压块，D1，C17等元器件。第二种原因是：开关电源负载偏重，导致开关管过电流保护，出现间歇振荡。负载偏重，引起的间隙振荡，一般伴有打嗝声，比较容易和第一种故障原因区别开来。如果变频器模块损坏，直流高压窜入驱动电路，将驱动光耦损坏，为光耦供电的开关电源电路也会一起损坏。经常会使整流二极管和稳压二极管击穿。这种击穿故障，用检查正反向电阻值的方法容易找出坏的元器件。逐一检查高频变压器各输出端直流电源端，是否存在短路性故障。第三个原因是：UC3844B芯片损坏。如果原因一、二检查没发现问题，则更换UC3844B芯片。该芯片损坏，也会导致间隙振荡。总之，本故障引起的原因多，检查起来费时费力。

2.3 开关电源输出电压偏高

如果一通电，出现滤波电容炸裂，则有可能是输出电压偏高所致。这时应立刻关闭电源。为确认输出电压是否偏高，在升高供电电压的过程中，用万用表监测输出电压。此时必须将CPU板与开关电源分离，避免因电压太高损坏CPU板。如果开关电源输出电压偏高，则立刻断电。开关电源能稳定输出电压，是TL431在发挥稳压作用。一旦TL431电路出现异常，则会引起输出电压偏高。重点检查输出电压V12取样电阻R5，R25；检查TL431，光耦PC817。如果R5、R25电阻值改变，引起TL431的REF端电压降低，则会引起开关电源输出电压升高。逐一检查上述元器件，必要时更换TL431及PC817光耦。另外引起开关电源输出电压偏高的原因是U1的2脚外围电路出现故障所致。重点检查反馈电压取样电阻R14A、R14B等电阻是否变质。对于士林变频器还存在当电压反馈取样电源V2的稳压滤波电容C55（470UF16V）失效后（容量大幅下降），会引起输出电压上升10V左右。更换这个滤波电容，输出电源恢复正常。

2.4 开关电源严重损坏

高温环境中使用的变频器，经常出现开关管、U1芯片，限流电阻、稳压二极管等主要元器件大面积损坏的现象。甚至出现高频变压器线圈也出现高低压绕组绝缘损坏击穿的现象。这是由于长期高温环境下，高频变压器绝缘老化损坏，导致开关电源崩溃。一般环境中使用的变频器，很少出现高频变压器大量损坏的情况。如果再次维修的开关电源，没使用多长时间，再次出现开关管损坏的情况，则有可能是高频变压器有问题。温度不高时，高频变压器的绝缘还可以，一旦发热绝缘就下降，发生高低压击穿，导致开关管再次损坏。为此，笔者为维修这批高温环境中使用的变频器，专门定做高频变压器，并将开关管，U1芯片，限流电阻，稳压管全部换新，取得了较好的维修效果。

结束语：采用UCX84X驱动芯片，输出电压经TL431稳压控制，PC817光耦隔离的开关电源电路，输出电压稳定，抗干扰能力强，在许多变频器电源电路中得到广泛应用。该开关电源较其他类型的开关电源故障率低，除开关电源间隙振荡故障排除费时费力外，其余故障排除相对容易，维修方法相对简单。