变频器CPU主板电路分析之一 - 工控编程吧

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图1：松下VFO 220V 0.4kW变频器CPU主板电路之一：CPU的基本电路

在对CPU电路的检修中，有人提出过CPU工作的三要素。三要素：供电电源，提供时钟脉冲的晶振电路、上电瞬间提供复位脉冲的复位电路。三要素提供了CPU正常工作最基本的三大条件，三要素的具备，说明不管其它外围电路是否正常，但CPU本身（内部程序）可以运行了，可以干一些，比如开机自检，相应的故障报警等的活儿了。

此后，陆续有人提出，CPU工作的第四要素：CPU的按键电路、I/O口指令输入电路等；CPU工作的五要素，如外挂存储器的工作状态，由此延伸出CPU正常工作的六要素、七要素，乃至八要素。如以系统眼光来看，任一个故障环节的出现，都会使CPU的工作过程嵌定于某一状态下，阻断了正常运行的进程，则满足CPU——CPU主板正常工作的要素，又何止几十种！

从变频器本身的工作特点出发，从满足检修的条件来看，图1电路，包括了CPU供电电源电路、晶振电路、复位电路、操作显示面板的按键操作电路、显示电路——工作状态和参数值的显示电路，应该可以称之为CPU的基本工作电路了。

供电电路：

CPU的供电电源为直流5V，由变频器的开关电源电路供给，具有较好的稳定度。但本电路，是由开关电源来的直流电源，再经稳压电路处理，才进入CPU供电引脚的。CPU本身对供电的要求也较为苛刻，要求供电在+5V±5%以内，偏高或偏低都会造成工作失常。为避免数字与模拟信号的相互串扰，往往将两种电路的供电电源独立引入，CPU内部数字电路供电端一般标注为VDD（正供电端）、VSS（负供电端），模拟电路的供电端一般标注为Vcc（正供电端）、GND（负供电端），因而CPU的供电脚不会是两个脚，再加上CPU的一些端子直接接入+5V或供电地端，实际接入供电的引脚，有的多达十几个。本电路IC1的21、53脚为（数字）供电的正电源端，30、50脚为（数字）供电负端。而58、67为模拟电路供电正端，标注为AVcc、AVss，加“A”字表明为模拟供电电源引入端。

复位电路：

所谓复位，是指对CPU的初始化操作，清除内部程序计数器、指令寄存器内容，以便为CPU转入正常工作，做好准备。复位也是一个上电过程的确认，说明供电条件已经建立。早期的变频器产品，还具有手动复位功能，除对系统进行初始化以外，当程序运行出错或操作错误使程序运行被“卡死”——程序进行死循环时，为解除此种状态，也需实施复位操作，以重新启动程序运行。

复位电压：上电瞬间为低电平，经μs级延时后，上升为+5V高电平，可认为上电瞬间的一个低脉冲电压信号；当需用高电平复位信号时，则上电瞬间为高电平，经μs级延时后，恢复为0V低电平，可认为上电瞬间的一个高脉冲电压信号。

电路图中CPU的48脚为复位脉冲引入脚，工作方式为上电自动复位，复位信号是低电平复位信号有效。当此端子标注字母RES（或RETST）上方不带横杠时，为高电平复位信号有效。本机电路，则为低电平复位信号有效。

本电路CPU的稳压供电和低电平复位脉冲的提供均由五线端元件78LR05提供。五线端78L05是一个带复位信号输出端的5V电压的稳压IC，输出两路5V电压，第一路提供+5V供电电源，第二路由内部延时电路提供一个经延时的5V电压信号，输入到CPU的48复位脚。

复位电路的常见形式还有以下几种：

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图2 复位电路的其它电路形式

上图（1）、（2）电路为低电平复位脉冲形成电路。（1）电路为R、C延时电路，在上电瞬间，因电容C两端电位不能突变，C上正端电压由零逐渐升高，经20μs延时后到达+5V高电平。当此充电电压升高到一定值时，CPU进入程序复位状态，开始寄存器清零，系统自检等工作；（2）电路利用三极管Q1的导通延时，来提供上电期间的一个低电平的复位信号输入。因+5V电源输出端接有大容量的滤波电容，因电容的充电造成+5V形成的延迟。上电期间，+5V电压逐渐建立，在未达到4V以上时，稳压二极管DW呈开路状态，三极管Q1因无基极偏流通路而截止，CPU复位端为R3引入的低电平；当电压上升到4V以上时，DW击穿导通，形成Q1的基极偏流，Q1饱合导通，将复位端引入+5V高电平，复位过程结束。

上图（3）、（4）电路为高电平复位脉冲形成电路。（3）电路出为R、C延时电路，上电瞬间，C的充电电流使RST输入端产生一个高电平电压跳变，随充电过程的进行，RST端子上电压逐渐降低，约20μs后，RST复位信号输入端变为OV地电平，复位过程结束；（4）电路，在（3）电路的基础上，增加了SW、R2手动复位电路，在变频器运行过程中，若因某种原因出现故障锁定或“程序死机”现象时，可按动一次SW按键，实施人工强制复位。

晶振电路：

晶振电路用于产生CPU工作所需的时钟脉冲。CPU本身为一个同步时序电路，电路应在时钟信号控制下按时序进行工作，犹如部队行军，须按口令进行才能不乱套。在CPU晶振引脚内部，有一个高增益放大器，与外接晶振元件一起，构成了一个振荡器电路，产生振荡信号，再经分频后作为时钟信号。晶振引脚一般标注为XTAL1（X1）、XTAL2（X2），外接晶振元件和两只小容量电路。早期产品有外接陶瓷谐振器的，后期产品则大多采用晶振元件。晶振选用为4 MHz、6 MHz、12MHz、16MHz、20MHz振荡频率的，随CPU工作速度的不同，而不同。以采用16MHz的为多。两只小容量瓷片电容的取值一般为30PF或22PF。

CPU外接晶振电路的常见形式：

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图3 晶振电路的其它电路形式

因CPU型号的不同和振荡元件的差异，CPU外接晶振电路也有所不同。另，极少数变频器产品，采用双CPU控制，由专用时钟信号发生器，直接输出振荡信号给CPU，如图7-3（3）电路。

CPU的外存储器电路：

与CPU的43、54、55、56脚相连的为外接存储器（L56R245W）8脚IC元件。四路信号的传输均为低电平有效模式。55、56脚为读写选通信号，另两脚则传输串行数据信号和时钟脉冲信号。

CPU内部已设置有只读存储器ROM，这种存储器数据是固定的，用来存放工厂程序，出厂时已固化在ROM中。此类程序无法改写，但断电也不会消失；CPU内部还有另一类存储器，称为随机存储器RAM，这类存储器可读可写，但断电后数据即行消失。RAM用于处理一些“暂时应用”的数据，用于运行中的数据暂存，数据的写入和读出。以上两类存储器又可称为“内存”。第三类存储器，为EEPROM电可编程读写存储器，当电源掉电后，可保存数据，同时又可用电擦除改写内部内容。该类存储器又称为外部存储器，用于存入用户控制程序，如控制参数的更改与储存。变频器CPU电路中常用EEPROM存储器，一般为8脚贴片封装，5V单电源供电。

操作显示面板电路：

图1右侧电路即为操作面板的显示电路，右下侧为按键信号输入电路，按键电路接成矩阵电路，对按键信号的读取一般采用循环扫描方式，以判断是哪个按键按下。按键电路，除供用户用作参数修改和设置外，还可实现与控制端子一样的功能——用于变频器的启、停操作，故障复位操作等。右上侧电路为显示电路，小功率和经济型机型，操作显示面板多采用本电路。而在通用机型中，操作显示面板，内含CPU控制，作为一个独立器件，与CPU进行三线式通讯。

显示电路：LED1、LED2、LED3三只数码显示器为共阳极接线方式，采用动态扫描的方法进行显示。LED显示器由7个发光二极管组成，也称为七段LED显示器。此外，还有一只圆点型发光二极管，供显示小数点。CPU的内部驱动电路，输出脉冲式工作电流，对显示器的发光实施段控和位控。数码显示器直接由CPU引脚驱动，无外置驱动电路。

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