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RKD514LC东方步进电动机驱动器原理跟检修

RKD514L-C东方步进电动机驱动器原理与检修

RKD514L-C东方步进电动机驱动器(以下简称RKD514L-C驱动器),可驱动五相步进电动机,电源电压AC200、230V,输出电流3.5A(可调),输出电压约150V。

设备端子及调整部件功能、控制端子、主端子接线等见以下图表。

1、RKD514L-C驱动器端子、调整部件功能、端子接线

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图1RKD514L-C驱动器接线端子及调整部件图

RKD514L-C驱动器接线端子及调整部件功能说明(见表4-1)

上述(图1、图2、图3)图表(表4-1),是在检修设备之前,要尽量掌握的相关“知识储备”,如控制端子功能和相关调整部件的作用,则是检修中必须要掌握的,检修内容将与之发生紧密的关联。

输出状态取决于部件的设置与调整,有时人为的调错,会使机器产生“故障”,检修人员应该区分故障的真假,可以通过调试手段,将一些“伪故障”排除掉。

2、MCU主板电路之一

如图4所示电路,包含了MCU基本工作电路、控制端子信号输入/输出电路和功能整定电路。

(MCU基本电路)+5V电源,接入MCU的相关供电引脚;晶振元件XL101与振荡电路IC106、IC110生成的脉冲信号,做为时钟信号输入MCU的120脚;R184、D103、C136和IC108(HC14)内部两组反相器电路,组成上电复位电路,在CPU上电瞬间提供一个低电平的复位脉冲,输入MCU的122脚,使MCU内部计数器、寄存器清零。

以上电路提供MCU正常工作的基本条件。

(控制端子信号输入/输出电路)外部输入的4路控制信号经CN101插座进入。

高速光耦合器件PC101、

表4-1RKD514L-C驱动器接线端子及调整部件功能说明

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图2RKD514L-C驱动器电源、步进电动机接线图

PC102(TLP750)承担着对转速(脉冲)信号和正/反转控制信号的传输任务,输出信号再经两级反相器电路,输入至MCU的7、8脚。

这是两路基本控制信号;另两路控制信号经光耦合器PC103、PC104(P781)进行隔离传输,其中一路控制信号为调机信号ON/OFF指令,确定停车时马达处于直流刹车还是自山停车状态,两路信号输入至MCU的5、6脚。

步进电动机驱动器的逆变功率输出电路,设有温度检测电路,其输岀的温度检测信号进入MCU,达到热保护电平阈值时,MCU从1脚输岀过热故障信号,控制晶体管Q101导通,进而驱动光耦器PC107,向外部控制电路送出故障报警信号。

MCU的40、42、43等3脚,同时输出电源、过热、激磁中等工作状态信号,驱动指示灯电路,用于工作/故障状态的指示。

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图3RKD514L-C驱动器控制端子(经附件端子排)接线图

(功能整定电路)拨码开关SW103含3只独立开关,调整开关的0N/0FF状态,可进行如上表4T中的8、9、10项功能整定;SW101>SW102、SW104是3只16档位的4位数字开关,开关为5引脚器件,其中0脚接地,广4脚分别接有+5V上拉电阻,当广4中的某一个脚或儿个脚与0脚接通(即整定档位不同)时,依次产生0000~1111的4位数字信号,输入至CPU的相关引脚。

CPU可根据输入位信号的不同,判断用户整定值的大小,控制步进角和输岀电流的大小,其整定内部见上表4-1中的13、14项。

MCU主板和电源/驱动板之间,经CN1-2.CN1(印刷)端子排相连接,两端子排的序号不一致,上图中在顶部给出了两端子排的连接图示,经方便检修与测试中的参考。

在进行电路原理分析时,请将图4与图5结合起来,请理顺信号流程。

逆变功率电路的取用电源,并非直接从AC220V市电整流所得的DC280V电源,而是经功率模块内部斩波电路变换所得的约120厂150V左右的直流电源,因而斩波电路所需的PWM信号的生成和对120厂150V逆变电源是否正常的检测(关系到逆变功率电路能否正常工作),成为MCU主板电路需要完成的重要任务。

集成PWM控制器IC113(MB3795)与外围元器件,组成的PWM脉冲形成电路,在MCU控制信号和逆变电源反馈信号作用下,其输岀PWM脉冲信号,控制功率模块内部斩波管(图4-26中模块内部的VT)的导通与截止,使逆变功率电源得到一个适宜和稳定的供电电源。

MB3793芯片的内部电路结构及原理分析如下:

图4RKD514L-C驱动器MCU主板电路之一

 

3、MCU主板电路之二

图5RKD514L-C驱动器MCU主板电路之二

图7集成PWM控制器MB3795内部功能框图

MB3759芯片内部电路主要由高频振荡器、PWM比较器、基准电压源、误差电压放大器、驱动电路和封锁电路等组成。

控制芯片内部有2个电压比较器,管脚1、2和15、16是电压比较器正负输入端子,管脚3是电压比较器统一输出端。

同时误差放大器的输出也可开放给用户,用户可以根据需要设计成PI控制器。

管脚5、6可接振荡电容和电阻,振荡器的振动频率山外接电阻和电容决定。

管脚8为触发脉冲输出口,采用电流图腾柱输出,使得芯片可以直接驱动功率不大的开关管。

T触发器的作用是将输出进行分频,得到占空比为50%的频率为振荡器频率的1/2的方波,将T触发器输出的这样两路互补的方波同比较器输出PWM信号进行

“或非”运算,就可以得到两路互补的占空比为0〜50%的PWM信号,考虑死区时间的存在,最大占空比通常为45%〜47.5%。

管脚13为封锁控制,管脚14为参考电压,管脚12为工作电压,管脚4为死区控制端,一旦高电平输入,芯片输出脉冲被封锁,直流电压输出为零。

结合图5中IC113的实际电路组成,简述一下PWM脉冲形成电路的工作原理

(试分析)。

IC113的5、6脚外接R197、C141为振荡定时元件,与内部电路一起组成频率固定的振荡器;1、2、3脚为内部电压比较器(后文定义后A电压比较器)电路之一,2、3脚外接R、C元件决定电压比较器的放大倍数及频率特性,A电压比较器的同相输入端1脚引入III功率模块内部斩波管VT输出PWM电压经C12、C14、R34分压取得的逆变电源检测信号,2脚输入illMCU的53脚输出的模拟电压控制信号(系IIICPU的87脚输入的山RIO、R11分压得到的逆变电源电压检测信号,处理后得到的控制信号),经电压跟随器IC114进行电压跟随,由半可调电位器RP102调整后,输入到IC113内部A电压比较器的反相输入端2脚,作为同相输入端的基准比较信号。

A电压比较器的输出,成为8脚输出PWM脉冲信号占空比的控制信号之一;IC113内部另一路电压比较器(后文定义为B电压比较器),16、15脚为同相、反相输入端,15脚与3脚之间接有负反馈电阻R210,16脚引入逆变电源电压检测信号,B电压比较器的输出,成为8脚输出PWM脉冲信号占空比的控制信号之二。

在A、B两路电压比较器控制信号作用下,输出PWM激励脉冲,驱动功率模块内部VT,使逆变电源电压稳定于一定值内。

从MCU的71脚输出的控制信号,经R196、D104进入IC113的4脚,当过热或过流故障发生时,MCU的71变为高电平,输出PWM脉冲被封锁,功率模块内部斩波管VT处于截止状态,逆变功率电路的供电电源被切断,使步进电动机驱动器和步进电动机,处于停机保护状态。

4、RKD514L-C驱动器电源/驱动板电路

RKD514L-C驱动器,有电源/驱动板、MCU主板和主电路模块三部分组成,实际上,主电路与电源/驱动板密切结合于一体。

说明:

主电路功率模块内部电路框图,(因一直未能查到相关资料)为本人据测量结果和输入/输出信号判断所得出的“推测性电路结构”,与实际电路可能会有所差异,对图中电路的标注也是本人自行定义的,意在为故障测量和判断提供较为有效的参考依据。

(功率模块IC5的内部、外部电路——上部(10)端子电路)功率模块IC5内部含输入交流电压的全波整流电路、斩波电路(逆变电源输出)、逆变功率电路、驱动电路和温度检测电路等。

模块1、2端子为交流电源输入端,AC220V市电经由L、'端子串接熔断丝和双、向滤波器后,输入模块内部的全波整流电路;3、4端子为整流电压输出端,外接R2为温度保险电阻,起到超温邙艮流)保护作用,电容C5为滤波电容,C5两端得到约280V的直流电压。

R3、R6为整流电压分压电路,取出整流电源电压的检测信号,送入后级电路一一IC104的5、6、7端子内部电路和外围元件组成电压比较器电路,反相输入端6脚输入3.8V的信号检测电压,同相输入端引入R1443、R144对+5V的分压2.42V作为基准电压。

当电源电压过低、FU1熔断丝熔断或整流电路故障、过流故障发生,引起整流电压消失或严重降低时,反相端输入电压低于2.42V时,电压比较器的7脚变为高电平,将电源欠压(电源异常)故障信号输入CPU的77脚(见图4-24),CPU的71脚输出停机保护信号,功率模块内部VT截止,同时锁定逆变电路驱动脉冲的输出,使电路处于故障停机保护状态。

功率模块IC5的4、6脚之间接斩波管VT的漏极和源极,正常丄作情况下,山模块19脚进入的PWM脉冲信号(Itl前级电路IC113的8脚输出)加到VT的门极,使6脚输出约120V~150V左右的直流电压,作为逆变功率电路的电源供应,以适应步进电动机的电源电压范围。

如此处理的好处,是不必再经降压变压器取得逆变功率电路的电源,简化了电路结构。

斩波降压后的逆变电源从6脚输出,经外部L2、C6滤波,乂从模块另一侧端子7进入,引

 

图8RKD514L-C电源驱动板(含主电路模块)

入曲10只MOS管子组成的逆变功率电路。

逆变电源电压,分别经电阻、电容分压,取出逆变电源电压反馈信号、逆变电源检测信号送前级电路处理后,或送入IC113作为电压反馈信号,或送入MCU引脚,经MCU修理,使IC113的2脚电压变化,控制8脚输出PWM脉冲的相应变化或处于脉冲锁定状态。

8、9端子引入山开关电源来的15V隔离电源,作为斩波管VT的驱动电路的供电,VT驱动电路为光耦合器电路,输入侧进入由19脚引入的PWM脉冲信号,输出侧则需取用15V隔离电源,以实现主电路和信号电路的电气隔离。

(功率模块IC5的内部、外部电路——下部(15)端子电路)5~14共10个端子为逆变电路的10路脉冲信号输入端子,经内部驱动电路,驱动逆变功率电路的10只MOS场效应管,以输出5相逆变电压,驱动5相电动机。

1、2、3、13端子引入+5V、+12V两路控制电源,供内部10路驱动电路的供电和保护电路的供电。

从4端子输出的温度(过流故障)检测信号,直接输入CPU的18脚,用作故障停机保护和相关故障指示。

(功率模块IC5的内部、外部电路一一右侧(7)端子电路)是逆变功率电路的供电电源输入和输出端子。

120V、150V直流电源从6、7端子输入,6端子接有限流电阻R8,(试分析)R8也可能承担对逆变功率电路的电流检测任务,R8上的电压降信号经内部电路处理,也由4端子输出至MCU引脚。

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