故障检测末级信号处理电路

故障检测末级信号处理电路

变频器的常规电流、电压、温度检测电路，通常分为三大部分：第一部分是模拟信号处理电路，取得的线性信号供显示与控制之用；第二部分是将线性信号经电压比较器电路，与设定基准（停机动作阀值）相比较，得到故障报警信号，信号性质为开关量，为0/1高、低电平而已；通常，还设有如下图所示的故障信号处理电路，即将前级电压比较器输出的开关量报警信号（正常时为1，报警时变0），与MCU输出的信号相配合，得到变频器起动/运行中的即时控制等与系统运行相关的重要信号。检测这部分电路，有时需推导出软件设计者的思路，进而确定该电路“应有”的电路状态。

图1故障检测末级信号处理电路
  该故障检测处理的末级电路，一般采用数片数字电路，完成对信号的处理，如图1所示。U7仅用作将四路报警信号合为一路（以此电路结构，可以将更多路信号合并为一路，而输出结果仅占用MCU一个端口），以得到MCU的INT端口所需的动作信号；而U6为受控、三态、与非、锁存器电路，此处就电路的四个概念，作简要的分析。
   1、受控与三态。
   将此两个概念合并分析更为适宜。常规数字的电路输出级电路一般为电压互补结构，如图2中的（a）电路所示，电路仅为两种输出状态，即高、低电平状态。当Q1通（Q2同时断）时，输出为+5V，反之为地电平，但二者都为低阻状态，即输出端等效要么与+5V接通，要么与地接通；图2中的（b）电路，当控制信号IN1为高电平，IN2为低电平时，输出为高电平（低阻）。反之为低电平（低阻），当IN1、IN2俱为低电平时，Q1、Q2同时截止，输出端（线）为高阻（Z）状态。当输出为高阻状态时，此时输出端（线）的电平状态（由后级电路所需而定），仅取决于外部元件的连接方式（如用上拉电阻使静态为高电平，或用下拉电阻使静态为低电平）。

图2故障检测末级信号处理电路
  4044电路既为三态门电路，又有受控特性。当控制端5脚（ENABLE）控制信号为高电平时，电路是一个带锁存功能的与非门，可正常传输H、L电平信号（或数据）；当控制端5脚为低电平时，其输出端为高阻状态。因而对EN端可理解为门电电路的“开/关门”信号控制端，当其为低电平时（关门信号生效），门电路的信号传输被强制中断，输出为高阻状态；当其为高电平时，是一个“开门”信号，可正常据输入逻辑信号电压输出逻辑结果，因而电路是在受控情况下产生了三态输出结果。
   2、锁存和与非
   将此两个概念合并分析更为适宜。在一定条件下，可将4044视作与非门电路，输出的是对与两路输入信号电平进行逻辑判断的结果。但一般与非门，通常不具备信息储存能力，而4044的触发器特性，在一定条件下可将输出结果暂存（即锁存）而忽视输入信号的变化，即电路具备有限的简单的数据储存能力。4044可说是一片具备锁存功能的与非门电路（与普通的与非门电路就有了本质的区别）。
   4044的两个输入端被定义为复位（R）端和置位（S）端，低电平时有效（对于一般性与非门，两输入端的作用是一样的，不必区分）。即R端输入低电平时，输出端变0；S端输入低电平时，输出端置1；在已有结果下，两输入端同时为高电平时，已有结果被锁存（出现信息储存状态）。如S端变0，将输出置位后，复变为高电平时（在跳变高电平期间和以后），此时输出端会保持高电平状态不变；同样，如R端变0（产生复位动作），使输出端变0后，R端再度变为高电平后，此时输出端会保持低电平状态不变，直到S端产生置位动作为止。
   综合以上，4044是一片受控/三态、带锁存功能的（特殊、有条件的）与非门电路。
   3、图1电路的工作原理（工作流程）
   变频器故障检测的末级电路中，常采用类似4044器件的“特殊门电路”，在起动和运行过程中，配合MCU信号控制，对故障信号两种不同的处理措施，如对OL1（轻度过载报警）和LU（欠电压）信号，在起动过程中，考虑到机械负载等方面的原因，并不产生停机保护动作，而是尽可能采取技术措施（如降低起动频率等），使报警信号消失于无形之中。而在正常（恒速）运行过程中，OL1和LU信号的存在（即使过载或欠电压程度并不深），也会引起足够重视，当故障信号存在的时间足够长时，会引发保护停机动作。
  图1电路中，对OL1故障的置位和OL2（重度过载，同OC报警）、OU2（重度过电压）的置位信号来自MCU的两个信号端口，其处理方式是不一样的，对OL1的处理，是有商量余地的。对OL2、OU2的故障报警，则是不留颜面，即时停机保护的。
   因4044的EN端已接高电平（输出端不存在高阻态），故输出端无须加上拉/下拉电阻。任意一个R端的低电平输入（故障信号），均会在后级与门电路的总输出端8脚产生一个低电平（MCU程序中断）信号。如OL1信号产生时，MCU会同时监测U6的13脚和U7的8脚信号电平状态，判断该信号的“性质”，根据控制需要（要信号保持锁存状态或忽略该信号），决定不给出或何时给出置位信号（加至U6的4脚）。故障信号产生（停机保护动作会使故障信号变成“瞬态信号”）后，4044输出端是处于锁存状态（保持故障信号）还是置位状态（忽略故障信号/或不再需要中断信号的存在），取决于程序员的编程思路。不同机型可能会略有不同，此处咸工给出的只能是试分析了。
 

中华工控网 http://www.gkong.com/ 原创文章，转载请注明出处。

咸庆信
2016年1月8日