变频器电路中的光电耦合器使用

一、电路中为什么要使用光耦器材？
　　电气阻隔的要求。A与B电路之间，要进行信号的传输，但两电路之间因为供电等级过于悬殊，一路为数百伏，另一路为仅为几伏；两种差异巨大的供电系统，无法将电源共用；
　　A电路与强电有联络，人体触摸有触电风险，需予以阻隔。而B线路板为人体常常触摸的部分，也不应该将风险高电压混入到一同。两者之间，既要完结信号传输，又有必要进行电气阻隔；
　　运放电路等高阻抗型器材的选用，和电路对模仿的弱小的电压信号的传输，使得对电路的抗搅扰处理成为一件比较费事的作业——从各个途径混入的噪声搅扰，有或许反客为主，将有用信号“吞没”掉；
　　除了考虑人体触摸的安全，又有必要考虑到电路器材的安全，当光电耦合器材输入侧遭到强电压（场）冲击损坏时，因光耦的阻隔效果，输出侧电路却能安全无恙。
　　以上四个方面的原因，促成了光耦器材的研发、开发和实践使用。光耦的根本效果，是将输入、输出侧电路进行有用的电气上的阻隔；能以光办法传输信号；有较好的抗搅扰效果；输出侧电路能在必定程度上得以避免强电压的引进和冲击。
　　二、光电耦合器材的一般特色：
　　1、结构特色：输入侧一般选用发光二极管，输出侧选用光敏晶体管、集成电路等多种办法，对信号施行电-光-电的转化与传输。
　　2、输入、输出侧之间有光的传输，而无电的直接联络。输入信号的有无和强弱操控了发光二极管的发光强度，而输出侧接受光信号，据感光强度，输出电压或电流信号。
　　3、输入、输出侧有较高的电气阻隔度，阻隔电压一般达2000V以上。能对交、直流信号进行传输，输出侧有必定的电流输出才能，有的可直接拖动小型继电器。特别型光耦器材能对毫伏，乃至微伏级交、直流信号进行线性传输。
　　4、因光耦的结构特性，输入、输出侧需求彼此阻隔的独立供电电源，即需两路无“共地”点的供电电源。下述一、二类光耦输入侧由信号电压供给了输入电流通路，但实质上输入信号回路，也是有一个供电支路的；而线性光耦，则输入侧与输出侧相同，是直接接有两种相阻隔的供电电源的。
　　三、在变频器电路中，常常用到的光电耦合器材，有三种类型：
　　1、一种为三极管型光电耦合器，如PC816、PC817、4N35等，常用于开关电源电路的输出电压采样和差错电压扩大电路，也使用于变频器操控端子的数字信号输入回路。结构最为简略，输入侧由一只发光二极管，输出侧由一只光敏三极管构成，首要用于对开关量信号的阻隔与传输；
　　2、第二种为集成电路型光电耦合器，如6N137、HCPL2601等，输入侧发光管选用了推迟效应卑微的新式发光资料，输出侧为门电路和肖基特晶体管构成，使作业功用大为进步。其频率响应速度比三极管型光电耦合器大为进步，在变频器的毛病检测电路和开关电源电路中也有使用；
　　3、第三种为线性光电耦合器，如A7840。结构与功用与前两种光耦器材大有不同。在电路中首要用于对mV级弱小的模仿信号进行线性传输，在变频器电路中，往往用于输出电流的采样与扩大处理、主回路直流电压的采样与扩大处理。
　　下图为三类光耦器材的引脚、功用原理图：
　　
　　三种光耦合器电路图
　　四、榜首类光耦器材的丈量与在线检测：
　　榜首类型的光电耦合器，输入端作业压降约为1.2V，输入最大电流50mA，典型使用值为10 mA；输出最大电流1A左右，因此可直接驱动小型继电器，输出饱合压降小于0.4V。可用于几十kHz较低频率信号和直流信号的传输。对输入电压/电流有极性要求。当构成正向电流通路时，输出侧两引脚出现通路状况，正向电流小于必定值或接受必定反向电压时，输出侧两引脚之间为开路状况。
　　丈量办法：
　　数字表二极管档，丈量输入侧正向压降为1.2V，反向无穷大。输出侧正、反压降或电阻值均挨近无穷大；
　　指针表的x10k电阻档，测其1、2脚，有显着的正、反电阻差异，正向电阻约为几十kΩ，反向电阻无穷大；3、4脚正、反向电阻无穷大；
　　两表丈量法。用指针式万用表的x10k电阻档（能供给15V 或9V、几十μA的电流输出），正向接通1、2脚（黑笔搭1脚），用另一表的电阻档用x1k丈量3、4脚的电阻值，当1、2脚表笔接入时，3、4脚之间出现20kΩ左右的电阻值，脱开1、2脚的表笔，3、4脚间电阻为无穷大。
　　可用一个直流电源串入电阻，将输入电流约束在10mA以内。输入电路接通时，3、4脚电阻为通路状况，输入电路开路时，3、4脚电阻值无穷大。
　　3、4种丈量办法比较精确，如用同类型光耦器材相比较，乃至可检测出失效器材（如输出侧电阻过大）。
　　上述丈量是新器材装机前的必要进程。对上线不便利丈量的情况下，必要时也可将器材从电路中拆下，离线丈量，进一步判别器材的好坏。
　　在实践检修中，离线电阻丈量不是很便当，上电检测则较为便利和精确。要采纳办法，将输入侧电路改变一下，依据输出侧发作的相应的改变（或无改变），丈量判别该器材的好坏。即打破毛病电路中的“平衡状况”，使之出现“暂态失衡”，从而将毛病原因露出出来。光耦器材的输入、输出侧在电路中串有限流电阻，在上电检测中，可用减小（并联）电阻和加大电阻的办法（将其开路）等办法，合作输出侧的电压检测，判别光耦器材的好坏。部分电路中，乃至可用直接短接或开路输入侧、输出侧，来检测和调查电路的动态改变，利于判别毛病区域和检修作业的展开。
　　丈量时的注意事项：光耦器材的一侧或许与“强电”有直接联络，触及会有触电风险，主张修理进程中为机器供给阻隔电源！
　　下图为常见三极管光耦器材的使用电路图。
　　
　　光电耦合器在线检测示意图
　　上图中的（1）电路，为变频器操控端子电路的数字信号输入电路，当正转端子FWD与公共端子COM短接时，PC817的1、2脚之间的电压由0V变为1.2V，4脚电压由5V变为0V。同理，当操控端子呈开路状况时，PC817的1、2脚之间电压为0V，而3、4脚之间电压为5V。图（1）电路能够看出光耦器材的各脚电压值，毛病或正常状况丈量输入、输出脚电压即可得出判别。
　　上图（2）电路，丈量1、2之间为0.7V（沟通信号平均值），3、4脚之间为3V ，阐明光电耦合器有了输入信号，但光耦器材自身是否正常？用金属镊子短接PC817的1、2脚，丈量4脚的电压由原3V上升为5V（或有显着上升），阐明光耦器材是好的。若电压不变，阐明光耦损坏。
　　五、第二类光耦器材的丈量与在线检测：
　　第二种类型的光电耦合器（6N137），输入端作业压降约为1.5V左右，但输入、输出最大电流仅为mA级，只起到对较高频率信号的传输效果，电路自身不具备电流驱动才能，可用于对MHz级信号进行有用的传输。同榜首类光耦器材相同，对输入电压/电流有极性要求。当构成正向电流通路时，输出侧两引脚出现通路状况，正向电流小于必定值或接受必定反向电压时，输出侧两引脚之间为开路状况。
　　此种类型光耦器材的构成电路，同榜首类光耦器材构成的电路办法相类似，但电路传输的信号频率较高。其丈量与查看办法也根本上是类似的。如果说榜首类光耦为低速和一般光耦，那么第二类光耦合器，可称之为高速光耦，二者的差异，仅仅对信号响应速度的不同，在电路办法上则是相同的。
　　在线丈量，1、可用短接或开路2、3输入脚，一同丈量输出6、5脚的电压改变； 2、减小或加大输入脚外接电阻，丈量输出脚电压有无相应改变；3、从+5V供电或其它供电串限流电阻引进到输入脚，检测输出脚电压有无相应改变。来判别器材是否正常。
六、第三类光耦器材——线性光耦：
　　线性光耦，是光电耦合器中一种比较特别的器材了。
　　1、线性光耦的特色：
　　（1） 结构特色：其输入、输出侧电路，不再像榜首类光耦器材相同，仅仅
　　二极管/三极管的简略电路，而是内含扩大器，并有各自独立的供电回路；没有信号输入极性要求，只将输入信号起伏进行线性扩大。
　　（2）输入侧信号输入端，不再出现发光二极管的正、反向特性，或许咱们完全能够将两个信号输入端看作是运算扩大器的两个输入端子——输入阻抗十分高，不再汲取信号源电流；能用作弱小电压信号的输入和扩大；能对差分信号有极高的扩大才能，对共模信号有必定的按捺才能；
　　（3）输出侧电路，为差分信号输出形式，便于与后级扩大器衔接，将信号作进一步处理。
　　2、线性光耦器材A7840的引脚功用图：
　　
　　A7840（HCPL-7840）功用方框图
　　A7840（HCPL-7840）的作业参数：输入侧、输出侧的供电典型值为5V，输入电阻480kΩ，最大输入电压320mV；差分信号输出办法。内部输入电路有扩大效果，且为高阻抗输入，能不失真传输mV级交、直流信号，输出信号作为后级运算扩大器差分输入信号。具有1000倍左右的电压扩大倍数。典型使用，常与后级运算扩大器合作，对弱小（交、直）电压信号进行扩大和处理。
　　2、3脚为信号输入脚，1、4脚为输入侧供电端；6、7脚为差分信号输出脚，8、5脚为输出侧供电端。
　　在线检测办法：可将内部电路看作是一只“全体的运算扩大器”，2、3脚为同相、反相输入端，7、6脚为信号输出端。当短接2、3脚（使输入信号为零）时，6、7脚之间输出电压也为零。当2、3脚有mV级电压输入时，6、7脚之间有“扩大了的”份额电压输出。
　　3、由A7840构成的电流信号检测电路：
　　
　　英威腾G9/P9小功率变频器的输出电流采样电路
　　部分小功率变频器机型，对输出电流的采样，省掉了电流互感器。在U、V输出电路中直接串接了mΩ级的电流采样电阻，将输出电流信号由采样电阻转化为mV级电压信号，将此电阻上的电压信号经R1、R2引进到U3、U4（A7840）R的信号输入端，由U3、U4进行光电阻隔和线性传输，再经U5（TL082）进行扩大（阻抗改换）后，送后级电流检测与维护电路进一步处理，再送入CPU。U4、U3输入侧的供电是由驱动电路供电（阻隔电源）再经U1、U2（L7805稳压器）稳压成5V来供给的，此电源有必要是与操控电路相阻隔的。U4、U5的输出侧供电，则是由CPU主板供电的+5V电源供给的。A7840将输入百mV级电压信号扩大输出为V级表征着输出电流巨细的差分电压信号，再经后级U5运算扩大器反相输出正电压信号，送后后级电流信号处理电路。别离被处理成必定起伏的模仿信号送入CPU，用作输出电流显现及输出操控；被处理成开关量信号，用于毛病报警，停机维护等。
　　此两路电流检测信号输出，在线路板上标示有IU、IV字样，是为检测点。
　　4、由A7840构成的直流回路电压信号检测电路：
　　
　　阿尔法ALPHA2000 18.5kW变频器直流回路电压检测电路
　　阿尔法ALPHA2000 18.5kW变频器直流回路电压检测电路，电压采样信号直接取自直流回路的P、N端的530V直流电压，经电阻降压、分压网络，将分压所得mV级电压信号，加到小信号处理光电耦合器A7840（U14）的2、3输入脚上，经U14施行强、弱电阻隔后，构成差分信号输入到LF353运算扩大器的2、3脚，本级电路接成电压跟从器，输出信号由电位器中心头（线路板上厂家标示测试点VPN）输出至CPU主板与电源/驱动板的排线端子CNN1的8脚。在三相输入电压为380V时，8脚采样直流电压为3V。
　　A7840的输入侧供电，是由开关变压器的一个独立绕组的沟通电压，经D41、C46等整流滤波，由集成稳压器78L05稳压成5V供给的；输出侧供电，则选用CPU主板供电电源+5V。
　　直流回路电压检测信号由排线端子CNN1、CNM的8脚进入CPU主板，一路经R174直接输入CPU的53脚，此路信号为模仿电压信号，其效果：1、供操作面板显现直流电压值，有的变频器机型经程序换算后显现输入沟通电压值；2、有的机型用于对输出U/F比的操控，使输出电压值份额于输入电压值；3、少量机型用于过、欠压维护的采样参阅。
　　另一路经R155送入LF393开路集电极输出运放构成的电压比较器的反相输入端，该路输出信号与过流（OL）、OC、OH等信号一同混合为一路“毛病汇总信号”，经CPU外围电路进一步处理，送入CPU引脚，作停机维护和堵截驱动脉冲的操控。LF393的同相输入端可看作为“可编程基准电压端”，其基准电压的幅值由CPU的42、51脚输出电压操控，在起动和运转进程中别离给出不同的基准电压值，与输入电压检测信号相比较。变频器的不同作业进程，则维护动作阀值也有所不同。
　　当电压检测电路自身发作毛病时，其检修办法如下：
　　a、变频器上电后，即报出过压或欠压毛病，见上图电压检测电路。丈量CN1的8端子电压，正常值应为3V左右。丈量此点电压值偏高或偏低，阐明电压检测电路有毛病。首要检测A7840的输入侧、输出侧的5V供电是否正常，LF353的正负15V供电是否正常，若不正常，修正相关电源供电支路。若正常，进行下一步检修；
　　b、丈量A7840的2、3脚之间有100mV以上输入电压，用金属尖镊子短接A7840的2、3脚，丈量LF353的输出脚1脚电压有显着下降，阐明以上电压信号传输环节均正常，毛病在LF353外接电位器不良或失调。替换并从头调整。调整变频器的相关参数，令操作显现面板显现直流回路的电压值，当输入三相电压为380V时，调整该电位器，使直流电压显现值为530V，即可；
　　c、用金属尖镊子短接A7840的2、3脚，丈量LF353的1脚电压无改变，进一步检测LF353的输入脚电压（正常值为3左右，镊子短接A7840输入脚时变为OV）值无改变，A7840或外电路元件损坏；LF353输入脚电压值为正常值， LF353损坏，替换LF353。
　　d、用镊子短接A7840的2、3脚时，LF353输入电压值有改变，但其值偏低，如从1V改变为0V，查看A7840外围元件正常，毛病为A7840低效，替换A7840。