丹佛斯變頻器故障代碼(丹佛斯變頻器故障代碼al13)

前沿拓展：

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伺服驅(qū)動器的硬件研發(fā)主要包括控制板和電源板的設(shè)計，控制板承擔與上位機進行交互和實時生成精準的PWM信號。電源板的作用根據(jù)PWM信號，利用調(diào)制的原理產(chǎn)生特定頻率，特定相位和特定幅值的三相電流以驅(qū)動電機以達到最優(yōu)控制。

一 控制板研發(fā)

確定控制板的架構(gòu)主要就是核心器件的選擇。

安川、西門子等國際知名的公司都是采用ASIC的方式的芯片，這樣就可以按照自己的設(shè)計需要來制造專用于伺服控制的芯片，由于采樣ASIC方式，所以芯片的運行速度非常快，容易實現(xiàn)電流環(huán)的快速響應(yīng)，并且可以并行工作，那么也很容易實現(xiàn)多軸的一體化設(shè)計。采樣ASIC的方式還有很多的好處，比如加密等。但是采用ASIC的風險和前期的投入也是非常的巨大的，并且還要受該國的芯片設(shè)計和制造工藝的限制。

根據(jù)我國的實際的國情和國際的因素等多種原因，核心芯片比較適宜采用通用的DSP，ARM等處理器，比如Ti的C2000、飛思卡爾的K60和英飛凌的XE164等。研究臺達的伺服驅(qū)動器發(fā)現(xiàn)其架構(gòu)是采用Ti的DSP 2812+CPLD，這和我們公司的方案基本一樣。我們也是采用DSP2812加CPLD(EPM570T144)來實現(xiàn)核心的控制功能。如果是高檔伺服可以考慮用Ti目前剛推出的2837X系列的DSP。

核心器件的控制功能的分工。

DSP實現(xiàn)位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)的控制以及利用事件管理器PWM接口產(chǎn)生特定的PWM信號。可以利用其靈活的編程特性和快速的運算能力實現(xiàn)特定的控制算法等，還可以利用其自身的A/D完成對電機電流的轉(zhuǎn)換，但是DSP自身的A/D精度普遍較低，并且還受基準電壓、電源的紋波及PCB的LAYOUT模數(shù)混合電路的處理技巧影響，所以高檔的伺服幾乎都采用了外部A/D來完成電流采樣的處理。比如路斯特安川等。也有一些高檔的伺服使用一些特殊的電流傳感器，該傳感器的輸出已經(jīng)是數(shù)字信號，這樣就可以節(jié)省了外部A/D芯片和增強抗干擾能力。如西門子的變頻器采用HCPL7860，法拉克用于機器人的六驅(qū)一體的伺服也是采用了HCPL7860，西門子的伺服S120采用了Ti的芯片AMC1203。

CPLD的作用是用來協(xié)助DSP以減少其自身的開銷，比如擴展I/O,完成速度的計算，位置的計算，控制外部A/D對電機電流進行轉(zhuǎn)換，因此實現(xiàn)位置環(huán)速度環(huán)電流環(huán)所需要的位置數(shù)據(jù)，速度數(shù)據(jù)及電流數(shù)據(jù)，那么DSP就可以直接從CPLD/FPGA處讀取，不需要耗費DSP的寶貴時間來計算這些數(shù)據(jù)。如果是增量式編碼器采用M/T法測速效果是最好的，但M/T法對DSP處理器的資源開銷很大, 而CPLD/FPGA可以非常方便使用M/T法進行測速。如果是絕對式編碼器也可以非常方便采用CPLD/FPGA來解析通信協(xié)議，并實現(xiàn)測速。一些高檔的伺服也采用了CPLD/FPGA實現(xiàn)總線和以太網(wǎng)功能。

顯示和參數(shù)管理國內(nèi)的絕大多數(shù)公司都是DSP來承擔該任務(wù)，研究臺達的驅(qū)動器發(fā)現(xiàn)，他們是采用CPLD來完成該任務(wù)，這樣DSP承擔的任務(wù)就很單純，可以專注于運動控制。所以高檔的伺服也應(yīng)該借鑒和學習臺達伺服關(guān)于顯示和參數(shù)管理的方法。

電源復(fù)位芯片等外圍電路。

DSP和CPLD/FPGA的芯片都需要幾路電源，比如1.2V、1.8V、2.5V、3.3V等，DSP等處理器往往還需要模擬的電源。因此需要用電源芯片將5V轉(zhuǎn)化為上述所需的幾路電源。電源芯片的選擇主要受整個PCB的布局和整機的結(jié)構(gòu)決定，可以采用1轉(zhuǎn)1，1轉(zhuǎn)2或者1轉(zhuǎn)3，最終達到使電源就近核心芯片提高抗干擾能力的目的。

有些電源芯片本身帶有復(fù)位輸出也可以根據(jù)需要選用專用的復(fù)位芯片，注意復(fù)位芯片一定要就近DSP等核心芯片，并且注意布線達到提高抗干擾的能力避免誤觸發(fā)復(fù)位。

電流環(huán)支路的相關(guān)電路。

伺服驅(qū)動一般由位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)三環(huán)構(gòu)成，而電流環(huán)是基礎(chǔ)是內(nèi)環(huán)，該環(huán)的電路是模數(shù)混合型，與該環(huán)相關(guān)的元器件非常多，包括：直流母線用的濾波電容，IGBT和其驅(qū)動電路，電流傳感器，運算放大器，基準電源，A/D及相關(guān)的模擬部分的電源等。

關(guān)于傳感器，高檔的伺服如倫茨和路斯特的傳感器是用的霍爾傳感器，其輸出是模擬信號，是電流信號，抗干擾的能力較強、精度高、范圍寬，但是價格貴。臺達安川及廣數(shù)的伺服是采用的線性光耦HCPL7840,其輸出是差動的電壓信號，所以較霍爾其抗干擾的能力差一些。因此在電路的處理時要注意將運放置于控制板上，盡量提高信號的抗干擾能力。也有一些要求特別高的伺服如西門子的S120，法拉克和安川的用于機器人的伺服采用輸出是數(shù)字信號線性光耦如HCPL7860，所以比以上兩種方式的抗干擾能力都強很多并且可以省掉運放和A/D等相關(guān)電路。

關(guān)于運放，霍爾和7840的輸出的模擬信號需要運放進行相應(yīng)的放大及轉(zhuǎn)化成A/D可以接受的電壓范圍比如0-3V等，所以要求運放選用低噪聲，高輸入阻抗，高轉(zhuǎn)化速率，高分離度。比如TL072，TL074，TLV2372,TLV2374等。

關(guān)于A/D, DSP自帶的A/D精度較低，臺達的高檔伺服ASDA-A2采用了非常巧妙的方法利用自身DSP2812的A/D提高其自身的精度，成本也很理想。但是電路比較復(fù)雜，軟件處理稍顯麻煩。目前我們研發(fā)的伺服也借鑒了該方法。

觀察國外的伺服往往都是采用外部A/D，比如路斯特，安川，倫茨，好處是精度高，處理的工藝不復(fù)雜，并且可以采用過采樣來提高控制的性能，但是價格比較貴。

國外的伺服如日精的注塑機用的是三洋的伺服，由于其功率大,所以它采用了霍爾傳感器+線性光耦7860的方法來檢測電流，既發(fā)揮了霍爾檢測電流范圍寬，又利用了7860在最短的線路將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。

關(guān)于模擬部分電源和基準等，模擬部分電路的電源要求紋波要很低，且在電路的處理工藝上要盡量讓數(shù)字電路對其產(chǎn)生的影響最低，可以從電路布局布線、地平面的分割和濾波等方式來加以處理。信號調(diào)理電路和A/D都需要基準電壓，它對整個信號的保真度有很重要的影響，高檔的伺服因此盡量采用專用的基準電壓芯片。

模數(shù)混合電路的處理及PCB的布局和LAYOUT工藝等。

伺服驅(qū)動器不僅要處理數(shù)字信號，還要處理模擬信號比如電機的電流信號，直流母線的電壓信號，速度控制時的外部模擬電壓，還有一些編碼器輸出是模擬的正弦信號，因此布局要盡量將模擬部分和數(shù)字部分分布不同的區(qū)域，并且數(shù)字部分也要分出高速區(qū)和低速區(qū)，注意跨分割區(qū)的延時突變等等問題，合理利用地平面抑制信號受到的干擾，條件允許可以采用6層板，最終的目的是達到模擬信號受到數(shù)字電路的影響最低，和數(shù)字信號保持較好的完整性。

其他的通信接口，國外的伺服都具有串口或者USB接口，可以非常方便和PC機個人電腦實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，實現(xiàn)參數(shù)管理，在線調(diào)試，和實時觀察電機運行的相關(guān)數(shù)據(jù)，如電流波形等。其他的外圍電路，這方面高檔伺服和普通伺服的差別很小，因此不再詳述。

二 電源板研發(fā)

國內(nèi)外各種伺服驅(qū)動器的電源板部分可分為幾種電路：整流電路，母線濾波電路，吸收電路，IGBT逆變電路，制動電路，IGBT驅(qū)動電路，電流采樣電路，報警檢測電路，輔助電源。

下面就關(guān)鍵的電路進行選擇合適的方案。

IGBT逆變電路

對比國外高檔的伺服驅(qū)動裝置，日系驅(qū)動器由于在IPM方面技術(shù)工藝優(yōu)勢，其采用的IPM模塊都是量身定制的，無論采用IGBT模塊的架構(gòu)或者IPM模塊的架構(gòu)都能取得很好的性能， 歐美的驅(qū)動器很少使用IPM，幾乎都采用IGBT模塊的架構(gòu)，比如倫茨，艾默生，KMG，西門子等。

IPM的優(yōu)點：小體積，小型化 ；縮短研發(fā)周期；驅(qū)動電路和IGBT之間連線短，驅(qū)動電路的阻抗低，不需要負電源；集成了IGBT的驅(qū)動，欠壓保護，過熱保護，過流短路保護，可靠性高。

IPM的缺點：過流或者過溫保護點已經(jīng)定死,如果因為某些特殊的需求就無法作更改，靈活性不夠；IPM只有一個報警信號輸出，不能分辨究竟是過熱還是過流還是欠壓等。還有如果就只有驅(qū)動或者保護部分電路損壞,但是我們只能無奈的換掉整個模塊，而大功率IPM的采購成本非常高。

IGBT的優(yōu)點：采用IGBT架構(gòu)電路結(jié)構(gòu)靈活 ，過載能力強（其額定電流是在80℃定義，而IPM是在25℃定義的），采購成本低，可以靈活的設(shè)計IGBT的驅(qū)動電路有效的控制其開啟和關(guān)斷時間，實現(xiàn)良好的EMI和IGBT的熱功耗。

IGBT的缺點：體積大，還需要設(shè)計如驅(qū)動電路、外圍的報警保護電路等保證IGBT的可靠運行。因此設(shè)計難度大，穩(wěn)定性和可靠性很難把握，并且驅(qū)動電源往往需要負電源，需要提供的電源相對多，布局布線存在困難。

在高檔的伺服驅(qū)動裝置的研發(fā)中，我們恰恰需要它的靈活性。只有從工藝、電路、布局布線以及軟件上進行優(yōu)化，才能打造出可靠穩(wěn)定的硬件平臺。因此一般采用IGBT架構(gòu)。也有一些高檔的伺服如法拉克的6驅(qū)一體用于機器人的伺服是采用了IPM的方案，主要原因是為了實現(xiàn)小型化，將6個驅(qū)動器集成一體，采用IPM可以提高器可靠性，再者法拉克所用的IPM是其本國設(shè)計生產(chǎn)的完全可以實現(xiàn)定制，以達到最好的驅(qū)動特性。

如果我公司要設(shè)計高檔的伺服最好不要采用日本的IPM, 因為我們曾經(jīng)花了兩周時間調(diào)試完畢基于三菱的IPM模塊PS21255(20A)的電源板，并且發(fā)現(xiàn)了三菱模塊不論是PS21255(第二代)還是PS21875(第三代)配傳感器ACS712性能都很差，連6米的快速移動都會造成電機悶車，但是英飛凌和IR的智能模塊都運行很正常，這也真正的應(yīng)證了日本確實是將品質(zhì)一般的產(chǎn)品賣給中國，所以我建議公司應(yīng)該加大IGBT的應(yīng)用，多沉淀和積累關(guān)于IGBT的驅(qū)動保護等相關(guān)經(jīng)驗，逐步減少對日本IPM模塊的依賴。

IGBT驅(qū)動電路

IGBT驅(qū)動電路必須具備2個功能：一是實現(xiàn)控制電路與被驅(qū)動IGBT柵極的電隔離；二是提供合適的柵極驅(qū)動脈沖。

IGBT的驅(qū)動的結(jié)構(gòu)形式：分離元件;專用集成驅(qū)動電路;光耦驅(qū)動;變壓器驅(qū)動。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展及貼片工藝的出現(xiàn)，這類分離元件式的驅(qū)動電路，因結(jié)構(gòu)復(fù)雜、集成化低、故障率高已逐漸被淘汰。光耦器件構(gòu)成的驅(qū)動電路具有線路簡單、可靠性高、開關(guān)性能好等特點，在IGBT驅(qū)動電路設(shè)計中被廣泛采用。如東芝公司的TLP系列、夏普公司的PC系列，安華高的HCPL系列等。目前已開發(fā)的專用集成驅(qū)動電路，主要有IR公司的IR2136，三菱公司的EXB系列厚膜驅(qū)動。此外，現(xiàn)在的一些歐美廠商在IGBT驅(qū)動電路設(shè)計上采用高頻隔離變壓器，如 CONCEPT公司，丹佛斯VLT系列變頻電源。通過高頻變壓器對驅(qū)動電路電源及信號的隔離，增強驅(qū)動電路的可靠性，同時也有效地防止主電路出現(xiàn)故障時對控制電路的損壞，故障率低，壽命長，響應(yīng)快。但缺點是工藝復(fù)雜。

目前國外的高檔IGBT驅(qū)動方案伺服驅(qū)動器主流是驅(qū)動光耦，該方案最成熟，因此公司設(shè)計高檔伺服適宜選擇光耦來進行驅(qū)動IGBT。

外圍保護電路

IGBT 模塊可能由于過電流、過電壓這類異常情況而受損，因此，在IGBT 模塊的運用中,設(shè)計能夠避免這種異常情況從而保護元件的保護電路顯得尤為重要。短路保護通常有兩種方案，一種是通過電流檢測器，如電流傳感器、互感器和采樣電阻直接檢測IGBT的集電極電流，另外一種通過檢測IGBT的飽和壓降。當IGBT發(fā)生短路時，為了避免關(guān)斷電流的di/dt過大形成的過電壓，導(dǎo)致IGBT鎖定無效和損壞，以及降低電磁干擾，通常采用軟關(guān)斷技術(shù)。一些驅(qū)動光耦同時具備這兩種功能，如ACPL-332,因此采用帶檢測IGBT的飽和壓降功能驅(qū)動光耦來實現(xiàn)短路保護。

因為IGBT 的開關(guān)速度很快，IGBT 關(guān)斷時，或FWD 反向恢復(fù)時會產(chǎn)生很高的di/dt，由模塊周邊的雜散電感引發(fā)很高的關(guān)斷浪涌電壓，要抑制發(fā)生過電壓的方法有：盡量將電解電容器配置在IGBT 的附近，減小雜散電感; 調(diào)整IGBT 的驅(qū)動電路的驅(qū)動電阻，減小di/dt; 在IGBT 中加上緩沖電路，吸收浪涌電壓。在緩沖電路的電容器中使用薄膜電容，并配置在IGBT 附近，使其吸收高頻浪涌電壓。

其他的外圍報警保護電路還包括母線電壓檢測，缺相掉電檢測，過熱保護電路，制動故障檢測電路等等來保證硬件平臺的可靠性。

4）電流采樣電路

由于矢量控制是通過控制電流來控制交流同步電機的轉(zhuǎn)矩，因此電流檢測電路的精度尤為重要。電流檢測可以通過霍爾電流傳感器或者線性光耦來進行，霍爾電流傳感器線性度好，而且一般用于大電流檢測；線性光耦線性度也不錯，但是響應(yīng)比霍爾電流傳感器慢。FANUC的一款六軸驅(qū)動器中采用HCPL-7860，其輸出為數(shù)字信號，抗干擾能力強，其A/D采樣精度最高可以達到16位；公司常用HCPL-7840輸出的是模擬信號，容易受到干擾，并且HCPL-7840的A/D采樣精度最高只能達到12位。因此高檔的伺服可以采用HCPL-7860來檢測電流。

拓展知識：