【话题】3844不作振荡之用，还能干嘛？(20130913)

3844不作振荡之用，还能干嘛？

接手一台雷击过的英威腾CHF-100A型55/75kW变频器，损坏较为严重，除整流模块全数“报销”外，风机、接触器电源供电板及其它电路，也遭受冲击而有不同程度的损坏。
该机型散热风机与充电（直流）接触器线圈的供电，为DC24V，由一块单独的开关电源板供电，其输出24V电源接受CN2端子信号的控制，是二路受控电源，据MCU主板发送的信号，控制散热风机与接触器的动作。
观察DC24V开关电源板（见图1），找到2片振荡芯片U1（3844B）/U2（SG3525A）、两只变压器元件TR1（输出开关变压器）/TR2（推动或激励变压器）和两只开关管（K2225），给我的初步印象是，这是一个双端正激式中功率开关电源，采用2只开关管，各走初级电源的正、负半波，避免直流磁化和提高效率。按道理只采用一片振荡芯片即可，但该电路采用了两片振荡芯片，莫非又有什么新的设计思路吗？
图1 DC24V开关电源板实物（局部）图
开关电源板的故障，为上电后无输出。该电源供电为DC530V，从CN3的+、-端子引入，而且输出FAN、RLY电源为受控电源，故不宜采用仪用DC24V电源直接代用，电路整改也比较麻烦，最好还是将原板修复。检测2只开关管是好的，开关管Q7源极的电流采样电阻R42/43已经开路损坏，其它大电流支路也无明显的短路现象。检测U1（3844B）的2、4、5脚与供电负端均出现电阻为零的现象，考虑到雷击冲击，U1可能已经坏掉，将电阻R42/43和U1一同更换为新品，上电试机，电源还是不能起振。测U1的2、4、5脚与供电地仍出现直通现象。
检修开始，一个先入为主的观念早已形成——U1是用于振荡的，故检测其定时元件外接端4脚，认为与供电地直通是不对的。这一下细查U1的外围电路，找不到4脚的定时元件，而且也找不到6脚输出脉冲的后续电路，后来干脆将U1芯片焊脱电路，对外围元件进行检查，确定2、4脚是直接接地的，输出端6脚竟然是空置的，那么这个振荡芯片用在这里，到底是干嘛的呢？一时陷入了疑惑之中。
得，先把U1振荡芯片放下，看一下U2振荡芯片是起什么作用的。将U2芯片外围电路大致画了一下，如图2所示，嗨，这才是一个振荡与驱动的完整电路，是开关电源的核心电路啊。振荡、稳压、脉冲输出、驱动等环节均在内了。
图2 U2（SG3525A）振荡电路
为了验证图2电路中振荡芯片与外围电路的好坏，单独从15、12脚引入DC12V，测11、14脚已有脉冲信号输出。说明这部分电路基本上是正常的。在整块电路板连接DC500V的情况下，只要从15、12脚短时送入DC12V激发信号，测量输出侧DC24V，随之输出正常，整个电路便能正常工作起来。说明U2电路及开关变压器二次侧逆变、整流滤波等电路，都是好的。U2不能正常工作，是电路本身未能提供15脚的Vcc供电电源所致。
查找了SG3844A的电路资料，其供电电源范围较宽，为8~35V，但未查到最小起振电流的相关参数。翻阅由SG3844构成的开关电源或逆变电源电路，其供电一般是由12~24V之内的稳定电源给出。不像是3844B的应用一样，是由启动电路获得起振能量电路工作以后，再由自供电绕组的整流滤波电压，作为稳定工作供电。大家知道，3844B的起振电压为16V，最小起振电流仅为0.5mA，通常由DC530V，串接300~500kΩ电阻，提供起振电压/电流，完成启动工作任务。
我直接用300kΩ连接于U2的15脚和电源+端，上电试验，U2不能起振，后将此启动电路减小为150kΩ，U2仍不工作。由此可知，U2芯片所需的启动电流比3844B所需的大许多，常规启动电路满足不了U2的起振要求。事实上，衡量电能量的大小，起码需要电压和电流两个参量才能确定。3844所需的起振电压幅度为16V，同时还应满足0.5mA的电流给定要求，即电路起振工作需要16×0.0005=0.008W的激发能量或激发功率。相比之下，SG3525芯片，在供电电源能提供8V以上，供电电流满足10mA（或更大）以上时的激发能量时，电路才能起振工作。
阅读此文的朋友，此时已经和我一样，想到了该电路使用U1（3844B）芯片的目的，并非为了取得振荡和脉冲信号，而可能仅仅为提供U2所需的起振电源而已。思路到了这里，检修上就有方向了，U1芯片作用的真相，很快就要大白于天下了。
图3 振荡芯片U2的供电回路
我将U1、U2外围电路进行了较为详尽的测绘，由图3电路，可知振荡芯片U2在上电期间15脚所需的起振电源与工作后所需的稳定供电电源是如何形成、如何切换和如何得到的了。听我道来。
第一阶段：
变频器上电以后，+530V电压经R60~R69串/并联启动电阻引入U1的7脚，电容C3为储能电容，当当C3上电压因充电到达16V阀值时，U1芯片内部电路开始工作，先由8脚输出5V基准电压，经R7提供三极管Q3的基极偏流，Q3、Q4相继导能；电路中的D5为隔离二极管，这起振工作电压和稳定工作电源进行隔离。此时D5截止，Q2的导通相当于将C3两端的电压“搬移”至U2芯片的供电端15脚。由C3的标注容量可以得知，C3如同一个小型蓄电池，有较强的放电能力，作为暂时的起动电源，为U2芯片提供起振所需的电流能量；C3的放电使其两端电压快速下降，至10V时，U1芯片内部欠电压保护电路动作，U1芯片8脚的5V基准电压消失。U1芯片完成的上电起振电压/电压输出任务，已经结束。
第二阶段：
在C3两端电压由16~10V的下降过程中，U2供电脚因得到8V以上的供电电压，和吸入足够的起振电流，U2已经起振工作，此后由D16~D19、Q5、C11等元件构成的整流滤波与稳压电路已建立起正常的工作，D5正偏导通，为U2的15脚提供稳定的工作电源，电路进入稳定工作阶段。
在这里，U1起到了两大作用：
1、起振电压监测和可控输出，满足所需电压幅值。
对储能电容C3两端的充电电压进行监测，以保证其有足够的放电能量使U2可靠起振，当C3两端电压达16V以上时，开通U2供电回路，利用C3的浪涌放电电流使U2起振。
由R60~R69串/并联启动电阻和C3构成的启动电路，假使照搬到U3的电源输入端15脚，则会因15脚内部等效电阻太小，形成对R60~R69串/并联启动电阻的过度分压，而使C3两端电压在变频器上电后永远达到8V以上U3所要求的起振工作电压，使电路无法投入正常工作。我做了一个试验，将U1的7脚与U2的15脚直接短接后，上电后，测C3正极电压仅 3V左右，证实了我的判断。
事实上，对起振电压监测的目的，是保证C3有足够的充电电荷存储量，以满足U3的电流激励要求。
2、迟滞电压比较器的作用，增强电路起振能力。
U1芯片在这里还起到一个迟滞电压比较器的作用，试想，若采有串联16V稳压二极管电路，来实现电压监测作用的话，则电路动作仅有一个16V点，将使U2得到起振电流的时间大为缩短，有可能尚未可靠起振，起振电压已经消失。U1则监测一个10~16V的电压段，使C3两端电压在此变化范围内，均能有效供给到U2的15脚，提高了起振可靠性。
事实上，当C3两端电压尚未降低至10V时，U2已经可靠起振，U1的Vcc供电上升为稳定的14V，电路进入正常工作阶段。
3844．不仅可作为振荡芯片用，还可用于电压监测和迟滞电压比较器，但这种新鲜用法，一上来，先把俺蒙住了啊，哈哈。
附图4为该电源板的完整电路，以供朋友们维修参考。
本电路的特异之处，正如上文所述，是采用了U1、U2两片振荡芯片，而U1是用作U2起振电压监测与控制的，是上电瞬间“推”了U2一把，此后，U1便歇了起来，是U2独立干活的啊。
图4 DC24V电源板完整电路
   故障检修：最后检查三极管Q2损坏（发射结漏电），导致起振电压无法加到U2的15脚，用9014代换Q2后，故障排除。

旷野之雪
2013年9月7日 星期六