摘 要：在设计与实验由电力电子元件构成的电路时，经常会遇到各种故障情况，本文主要研究两个典型控制与驱动电路的故障诊断，包括PWM控制器SG3524的有效性诊断，IR2110的有效性诊断。设计了试验电路，分别说明了其具体应用。这种诊断方法，可用于系统的故障诊断与隔离。
    关键词：电力电子元件 故障诊断 控制电路 驱动电路 可靠性检验
   
   
    1 引 言
    在电力电子元件的应用设计中，一般都会用到信号产生电路、控制与驱动保护电路，它们的工作可靠性对功率元件在主电路的工作有重要的影响。如何判断控制与驱动电路的可靠性就成为设计与试验过程的一个重要课题。
    本文以PWM控制集成电路SG3524和驱动电路IR2110为例介绍在故障诊断过程中，如何判断其工作的可靠性。SG3524是一个PWM信号电路，也可以直接驱动IGBT和MOSFET，它具有信号产生、反馈控制、保护和延时起动功能，如果在使用中，操作不当，容易造成工作失效。如何判断其工作是否失效，成为一个比较重要的问题，而且经常遇到，难以避免。IR2110是一个半桥驱动电路，有高低边驱动功能，也包含有保护功能，是一种新型器件，采用这种芯片，可以简化设计，减少装置的体积与重量，然而，它也容易在使用中损坏，不可避免地会遇到如何检验其工作可靠性问题。在设计中一般是信号电路和驱动电路都需要，和主电路一起构成一个系统。下面就分别以这两种常用的元件为例讨论其可靠性诊断。
    2 SG3524的可靠性诊断
    在一般的电力电子应用电路中，像SG3524一类的PWM控制器应用很多。
   

    在SG3524内部，集成有稳压电源，锯齿波产生电路，PWM比较电路，误差比较电路，门电路，保护与延时起动电路，如图1所示，输入为RT、CT，提供频率控制功能，其输出频率由 决定，详细情况请参阅参考文献〔1〕和[2]。在使用过程中，可能会由于某种原因引起其工作失效。如何判断其工作的可靠性，应从其原理入手，参照其电路框图，逐步进行判断，诊断过程分如下几步。
    2.1 内部参考电源的有效性诊断
    由图1所示的组成框图可见，SG3524正常工作时各个内部电路模块都与＋5V的内部参考电源VREF有关。内部参考电源从16脚引出。在芯片加电时，由16脚的电位就可以判断内部工作电源的有效性。如果16脚的电位在＋5V左右，可以判断不正常工作的原因不是VREF，需要另外寻找别的原因。
    在实验中，曾对一个不正常工作的SG3524进行故障诊断，发现16脚电位只有1V左右，其它环节也就不可能正常工作了。
    在做这一步诊断测试时，另外设计一个简单的试验电路，如图2所示。把有问题的SG3524从原系统取下接入这里的试验电路，除了正负电源以外，其它引脚都可以不接，只测16脚电位即可。
    2.2 锯齿波的诊断
    把对象SG3524接入一个简单电路，如图2所示，接好电源，RT、CT接入电路，从7脚引出测试点，用示波器观察有无锯齿波输出，输出的锯齿波电位在1V--3V之间，用示波器观察，还可以计算频率。一般主要是看波形，如果VREF正常而无锯齿波输出，则可判断振荡器失效。
   
      

    2.3 PWM比较器的可靠性诊断
    在图2的测试电路中，再给9脚通过一个可变电阻RP加入一个可变电压，如果用示波器在输出端能测出脉宽可变的PWM波，说明PWM比较器的工作是可靠的，下一步诊断的重点放在其它几个环节。
    用同样的方法，可以判断误差放大器的工作可靠性、检测比较器CL的工作可靠性、关断端10脚的工作可靠性等。如果7脚的锯齿波正常，9脚电压可调而输出端A、B没有PWM波输出，可以判断是其内部或非门电路环节出了问题。
    对于SG3524来说，无论哪个环节出问题，都影响正常工作。对于有问题的芯片，换上一个正常的即可。一般来说，在设计与试验中耐心仔细，不在无意中损坏SG3524，它在正常的工作环境中是很可靠的。其损坏原因多数为试验工作中的人为差错引起的。
   

    3 驱动电路集成芯片IR2110的可靠性诊断
    IR2110的失效也多是在设计试验中人为差错引起的，但有时不知不觉。IR2110的原理电路参见文献〔1〕。其失效情况多数是高边（HO）无输出。在系统电路中，如果主电路没有工作，自举电容就没有充放电过程，所以，看不出HO是否工作正常，其测试电路可以按照图3的接法。输入信号自10或12脚引入，在7脚或1脚测输出波形，如果有波形，就说明高边输出正常。在试验中，发现了几起IR2110失效的情况，有单一无输出的，也有双输出均没有的。
    测试时，11脚是保护输入端，要可靠接低电平，如果11脚电位为高，将封锁输出。
    需要强调说明的是，此处把5脚接了低电位，这是一个有新意的接法，目的是为了在最简单的情况下，测试高边是否有驱动信号输出。
    如果要模拟高边的实际工作情况，还可以另外接一个电力电子开关在高边的简单试验电路，由图3的7脚驱动，观察并记录波形，以次来判断系统电路的工作情况，实现故障诊断。
    4 结束语
    电路设计与试验是一项艰苦的工作，稍有不慎，不自觉地就可能制造出各种故障情况，而且复杂多样。如果准确地诊断控制与驱动电路的工作可靠性是需要耐心、仔细工作和系统知识与经验的。本文提出的几个诊断方法都是在设计与试验的实践过程中总结出来的经验，它是在掌握元器件原理基础上，逐步深化与提高提高的。在进行了控制与驱动电路的故障诊断之后，可以把电路可靠性诊断的工作重点放到主电路上，这在装置设计与开发过程中很有实用价值。本研究曾获民航总局科研基金资助（2000-3-07）。
   
    参考文献：
    [1] 谭建成. 电机控制专用集成电路. 北京：机械工业出版社，1997.
    [2] 叶治政， 叶靖国. 开关稳压电源. 北京：中国教育出版社，1989.
    [3] 朱普安，赵文智等. 单相逆变器驱动技术研究. 南京航空航天大学学报,1999,12,V31.
    [4] 朱普安，赵文智等. 单相升压式逆变器的实验研究. 电气自动化，2000,5.
   
    作者简介：
    赵文智 男，1964年生，副教授。现在主要从事民航电气系统工程方面的研究与教学工作，中国电
    工技术学会、电力电子学会会员。
    战雨利 女，1965年生，工程师。主要从事电气自动化方面的教学与研究工作。
    于艳红 女，1979年生，硕士研究生，主要从事自动控制方面的研究工作。