数控机床变频器开关电源的典型电路原理及故障实例分析

　　在数控机床中，变频器开关电源电路为变频器提供整机控制用电，是变频器工作的先决条件，它属于直一交一直型的逆变电路。一般变频器的开关电源，常提供以下几种电压输出：CPU及附属电路、控制电路和操作控制面板的+5V供电；电流、电压、温度等故障检测电路、控制电路的±15V供电；控制端子和工作继电器线圈的24V供电。四路相互隔离的约为22V的驱动电路的供电，该四路供电往往又经稳压电路处理成+15V、-7.5V的正、负电源，为IGBT逆变输出电路提供励磁电流。下面以具有典型性的台安N2—405—1013型3.7 kw变频器的开关电源(图1所示)为例，结合维修实例，介绍其工作原理和排故思路。

1 变频器开关电源原理

　　在图1中，变频器主电路中直流回路的530V电压经供电端子P1、N进入开关电源，为开关电源供电。其中R248、R249、R250、R266 4只75kΩ 2w电阻承担了提供开关电源起动电流的任务，可称之为起动电路。电源起振后，IC201的供电即由自供电绕组N2的输出电压经VD215、C236整流滤波成直流电压供给。电源起动后，IC201的8脚输出5V基准电压，除提供8、4脚之间的R、C振荡定时电路的供电外，还提供稳压控制电路中Pc9输出侧内部晶体管的电源；IC201的1、2脚之间所并联的R238、C230等元件，构成了内部电压误差放大器的反馈回来，决定了放大器的增益和频率传输特性。由1脚到8脚的VD216、VD217，则将l脚电位嵌位在6.2V左右，当反馈电压瞬间过低时，避免了IC201内部误差放大器输出过高的电压信号，而使输出电压产生过冲现象；6脚内部为PwM波形成电路，振荡脉冲由6脚输出，由R241、zD204消噪和正向限幅，经R240加到开关管TRl的栅极，TRl的导通，形成了开关变压器TLl一次绕组Nl中的电流，TLl的自供电绕组、二次绕组随即产生感生电压，并经负载电路形成输出电流通路。

　　TLl一次绕组中的电流，在R242、R243、R244 3只并联电流采样电阻上，产生电压降信号，此电流采样信号经R261输人到IC20l的3脚，与内部电路基准电压比较，产生控制信号送后级PwM波形成电路。因电流采样信号能对一次绕组电流变化做出快速反应，使整体电路有较好的电流控制性能，在过电流程度较轻时，电流的闭环控制，使输出电流趋于稳定；在过电流程度较重时，使开关电源停振，保护了开关管和后级负载电路的安全。

　　稳压电路由5 V输出端、R233、R234、IC202、PC9、IC201的8脚基准电压、R235、R236等环节构成。开关电源输出的5V为CPU直接供电，而CPU较之其他电路对供电由较苛刻的要求，要求电压的波动不大于5％，因而开关电源的电压反馈信号就取自这里。5V电源是直接受开关电源稳压支路控制的，属于“嫡系电源”，其他各路输出电源的稳压精度稍次之，属于“旁系电源”了。

　　稳压控制过程如下：当5V输出电压上升时，R233，R234分压点电压上升，流过电压基准源L43l阳极、阴极间的电流上升，因R231的降压作用，L431阳极电压反而下降。L43l电路出现了一个负的电压放大倍数，回路电流的上升，使光耦合器Pc9中的二极管发光强度随之上升，PC9输出侧光敏晶体管因受光面的光通量的上升，其导通等效内阻减小，由R235输人到Ic201的2脚(反馈电压引入脚)的电压升高，IC201内部误差放大器的输出增大，此信号控制内部PWM波发生器，IC201的6脚输出的脉冲占空比变化——低电平脉冲时间加长，使开关管TRl的截止时问变长，开关变压器TLl的储能减少，二次绕组输出电压回落。在因电网电压降低或负载电流上升，引起5V输出电压下降时，实施反过程稳压控制。

　　二次绕组的整流、滤波电路输出24V、15V、-15V等各路常规用电。-15V的供电绕组，有两组整流电路，一路即D206、C24l的-15 V电源，一路是CD207、R225、R254、C40、R226等的正电压输出电路。注意，此路“电源”的滤波电容仅0.1uF，又经约10kΩ 电阻串联输出。这路输出显然是不能当做电源使用的，它不需要提供大的负载电流，它只是提供一个电压信号，它是直流回路的电压检测输出信号。这个模拟电压信号，反映了530V直流回路电压的高低。从维修的角度出发，可将本电路分成4个工作环节：

　　(1)振荡支路。R248、R249、R266为电源起动电路；N2绕组、VD215等构成提供IC201的工作供电；IC201本身及4、8、6脚内电路和外接元件、TRl、N1绕组等构成了振荡电路。

　　(2)稳压控制支路。N3绕组、+5V整流滤波电路、IC202、Pc9、IC20l的1、2脚内电路和外接元件等，构成了稳压电路。

　　(3)保护电路。TRl的源极电流采样电阻、R261、IC201的内部电路等构成了电流保护电路；上述稳压之路也可看作是一个电压保护支路；N1绕组并联的尖峰电压吸收网络(TRl反向电流泄放通路)，则可看作是另一个电压保护支路。

　　(4)二次绕组供电电路及负载电路。