變頻器CPU主板電路之一
——CPU的基本電路
圖1：松下VFO 220V 0.4kW變頻器CPU主板電路之一：CPU的基本電路
在對(duì)CPU電路的檢修中，有人提出過CPU工作的三要素。三要素：供電電源，提供時(shí)鐘脈沖的晶振電路、上電瞬間提供復(fù)位脈沖的復(fù)位電路。三要素提供了CPU正常工作最基本的三大條件，三要素的具備，說明不管其它外圍電路是否正常，但CPU本身（內(nèi)部程序）可以運(yùn)行了，可以干一些，比如開機(jī)自檢，相應(yīng)的故障報(bào)警等的活兒了。
此后，陸續(xù)有人提出，CPU工作的第四要素：CPU的按鍵電路、I/O口指令輸入電路等；CPU工作的五要素，如外掛存儲(chǔ)器的工作狀態(tài)，由此延伸出CPU正常工作的六要素、七要素，乃至八要素。如以系統(tǒng)眼光來看，任一個(gè)故障環(huán)節(jié)的出現(xiàn)，都會(huì)使CPU的工作過程嵌定于某一狀態(tài)下，阻斷了正常運(yùn)行的進(jìn)程，則滿足CPU——CPU主板正常工作的要素，又何止幾十種！
從變頻器本身的工作特點(diǎn)出發(fā)，從滿足檢修的條件來看，圖1電路，包括了CPU供電電源電路、晶振電路、復(fù)位電路、操作顯示面板的按鍵操作電路、顯示電路——工作狀態(tài)和參數(shù)值的顯示電路，應(yīng)該可以稱之為CPU的基本工作電路了。
供電電路：
CPU的供電電源為直流5V，由變頻器的開關(guān)電源電路供給，具有較好的穩(wěn)定度。但本電路，是由開關(guān)電源來的直流電源，再經(jīng)穩(wěn)壓電路處理，才進(jìn)入CPU供電引腳的。CPU本身對(duì)供電的要求也較為苛刻，要求供電在+5V±5%以內(nèi)，偏高或偏低都會(huì)造成工作失常。為避免數(shù)字與模擬信號(hào)的相互串?dāng)_，往往將兩種電路的供電電源獨(dú)立引入，CPU內(nèi)部數(shù)字電路供電端一般標(biāo)注為VDD（正供電端）、VSS（負(fù)供電端），模擬電路的供電端一般標(biāo)注為Vcc（正供電端）、GND（負(fù)供電端），因而CPU的供電腳不會(huì)是兩個(gè)腳，再加上CPU的一些端子直接接入+5V或供電地端，實(shí)際接入供電的引腳，有的多達(dá)十幾個(gè)。本電路IC1的21、53腳為（數(shù)字）供電的正電源端，30、50腳為（數(shù)字）供電負(fù)端。而58、67為模擬電路供電正端，標(biāo)注為AVcc、AVss，加“A”字表明為模擬供電電源引入端。
復(fù)位電路：
所謂復(fù)位，是指對(duì)CPU的初始化操作，清除內(nèi)部程序計(jì)數(shù)器、指令寄存器內(nèi)容，以便為CPU轉(zhuǎn)入正常工作，做好準(zhǔn)備。復(fù)位也是一個(gè)上電過程的確認(rèn)，說明供電條件已經(jīng)建立。早期的變頻器產(chǎn)品，還具有手動(dòng)復(fù)位功能，除對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化以外，當(dāng)程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使程序運(yùn)行被“卡死”——程序進(jìn)行死循環(huán)時(shí)，為解除此種狀態(tài)，也需實(shí)施復(fù)位操作，以重新啟動(dòng)程序運(yùn)行。
復(fù)位電壓：上電瞬間為低電平，經(jīng)μs級(jí)延時(shí)后，上升為+5V高電平，可認(rèn)為上電瞬間的一個(gè)低脈沖電壓信號(hào)；當(dāng)需用高電平復(fù)位信號(hào)時(shí)，則上電瞬間為高電平，經(jīng)μs級(jí)延時(shí)后，恢復(fù)為0V低電平，可認(rèn)為上電瞬間的一個(gè)高脈沖電壓信號(hào)。
電路圖中CPU的48腳為復(fù)位脈沖引入腳，工作方式為上電自動(dòng)復(fù)位，復(fù)位信號(hào)是低電平復(fù)位信號(hào)有效。當(dāng)此端子標(biāo)注字母RES（或RETST）上方不帶橫杠時(shí)，為高電平復(fù)位信號(hào)有效。本機(jī)電路，則為低電平復(fù)位信號(hào)有效。
本電路CPU的穩(wěn)壓供電和低電平復(fù)位脈沖的提供均由五線端元件78LR05提供。五線端78L05是一個(gè)帶復(fù)位信號(hào)輸出端的5V電壓的穩(wěn)壓IC，輸出兩路5V電壓，第一路提供+5V供電電源，第二路由內(nèi)部延時(shí)電路提供一個(gè)經(jīng)延時(shí)的5V電壓信號(hào)，輸入到CPU的48復(fù)位腳。
復(fù)位電路的常見形式還有以下幾種：
圖2 復(fù)位電路的其它電路形式
上圖（1）、（2）電路為低電平復(fù)位脈沖形成電路。（1）電路為R、C延時(shí)電路，在上電瞬間，因電容C兩端電位不能突變，C上正端電壓由零逐漸升高，經(jīng)20μs延時(shí)后到達(dá)+5V高電平。當(dāng)此充電電壓升高到一定值時(shí)，CPU進(jìn)入程序復(fù)位狀態(tài)，開始寄存器清零，系統(tǒng)自檢等工作；（2）電路利用三極管Q1的導(dǎo)通延時(shí)，來提供上電期間的一個(gè)低電平的復(fù)位信號(hào)輸入。因+5V電源輸出端接有大容量的濾波電容，因電容的充電造成+5V形成的延遲。上電期間，+5V電壓逐漸建立，在未達(dá)到4V以上時(shí)，穩(wěn)壓二極管DW呈開路狀態(tài)，三極管Q1因無基極偏流通路而截止，CPU復(fù)位端為R3引入的低電平；當(dāng)電壓上升到4V以上時(shí)，DW擊穿導(dǎo)通，形成Q1的基極偏流，Q1飽合導(dǎo)通，將復(fù)位端引入+5V高電平，復(fù)位過程結(jié)束。
上圖（3）、（4）電路為高電平復(fù)位脈沖形成電路。（3）電路出為R、C延時(shí)電路，上電瞬間，C的充電電流使RST輸入端產(chǎn)生一個(gè)高電平電壓跳變，隨充電過程的進(jìn)行，RST端子上電壓逐漸降低，約20μs后，RST復(fù)位信號(hào)輸入端變?yōu)镺V地電平，復(fù)位過程結(jié)束；（4）電路，在（3）電路的基礎(chǔ)上，增加了SW、R2手動(dòng)復(fù)位電路，在變頻器運(yùn)行過程中，若因某種原因出現(xiàn)故障鎖定或“程序死機(jī)”現(xiàn)象時(shí)，可按動(dòng)一次SW按鍵，實(shí)施人工強(qiáng)制復(fù)位。
晶振電路：
晶振電路用于產(chǎn)生CPU工作所需的時(shí)鐘脈沖。CPU本身為一個(gè)同步時(shí)序電路，電路應(yīng)在時(shí)鐘信號(hào)控制下按時(shí)序進(jìn)行工作，猶如部隊(duì)行軍，須按口令進(jìn)行才能不亂套。在CPU晶振引腳內(nèi)部，有一個(gè)高增益放大器，與外接晶振元件一起，構(gòu)成了一個(gè)振蕩器電路，產(chǎn)生振蕩信號(hào)，再經(jīng)分頻后作為時(shí)鐘信號(hào)。晶振引腳一般標(biāo)注為XTAL1（X1）、XTAL2（X2），外接晶振元件和兩只小容量電路。早期產(chǎn)品有外接陶瓷諧振器的，后期產(chǎn)品則大多采用晶振元件。晶振選用為4 MHz、6 MHz、12MHz、16MHz、20MHz振蕩頻率的，隨CPU工作速度的不同，而不同。以采用16MHz的為多。兩只小容量瓷片電容的取值一般為30PF或22PF。
CPU外接晶振電路的常見形式：
圖3 晶振電路的其它電路形式
因CPU型號(hào)的不同和振蕩元件的差異，CPU外接晶振電路也有所不同。另，極少數(shù)變頻器產(chǎn)品，采用雙CPU控制，由專用時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器，直接輸出振蕩信號(hào)給CPU，如圖7-3（3）電路。
CPU的外存儲(chǔ)器電路：
與CPU的43、54、55、56腳相連的為外接存儲(chǔ)器（L56R 245W）8腳IC元件。四路信號(hào)的傳輸均為低電平有效模式。55、56腳為讀寫選通信號(hào)，另兩腳則傳輸串行數(shù)據(jù)信號(hào)和時(shí)鐘脈沖信號(hào)。
CPU內(nèi)部已設(shè)置有只讀存儲(chǔ)器ROM，這種存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)是固定的，用來存放工廠程序，出廠時(shí)已固化在ROM中。此類程序無法改寫，但斷電也不會(huì)消失；CPU內(nèi)部還有另一類存儲(chǔ)器，稱為隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM，這類存儲(chǔ)器可讀可寫，但斷電后數(shù)據(jù)即行消失。RAM用于處理一些“暫時(shí)應(yīng)用”的數(shù)據(jù)，用于運(yùn)行中的數(shù)據(jù)暫存，數(shù)據(jù)的寫入和讀出。以上兩類存儲(chǔ)器又可稱為“內(nèi)存”。第三類存儲(chǔ)器，為EEPROM電可編程讀寫存儲(chǔ)器，當(dāng)電源掉電后，可保存數(shù)據(jù)，同時(shí)又可用電擦除改寫內(nèi)部?jī)?nèi)容。該類存儲(chǔ)器又稱為外部存儲(chǔ)器，用于存入用戶控制程序，如控制參數(shù)的更改與儲(chǔ)存。變頻器CPU電路中常用EEPROM存儲(chǔ)器，一般為8腳貼片封裝，5V單電源供電。
操作顯示面板電路：
圖1右側(cè)電路即為操作面板的顯示電路，右下側(cè)為按鍵信號(hào)輸入電路，按鍵電路接成矩陣電路，對(duì)按鍵信號(hào)的讀取一般采用循環(huán)掃描方式，以判斷是哪個(gè)按鍵按下。按鍵電路，除供用戶用作參數(shù)修改和設(shè)置外，還可實(shí)現(xiàn)與控制端子一樣的功能——用于變頻器的啟、停操作，故障復(fù)位操作等。右上側(cè)電路為顯示電路，小功率和經(jīng)濟(jì)型機(jī)型，操作顯示面板多采用本電路。而在通用機(jī)型中，操作顯示面板，內(nèi)含CPU控制，作為一個(gè)獨(dú)立器件，與CPU進(jìn)行三線式通訊。
顯示電路：LED1、LED2、LED3三只數(shù)碼顯示器為共陽極接線方式，采用動(dòng)態(tài)掃描的方法進(jìn)行顯示。LED顯示器由7個(gè)發(fā)光二極管組成，也稱為七段LED顯示器。此外，還有一只圓點(diǎn)型發(fā)光二極管，供顯示小數(shù)點(diǎn)。CPU的內(nèi)部驅(qū)動(dòng)電路，輸出脈沖式工作電流，對(duì)顯示器的發(fā)光實(shí)施段控和位控。數(shù)碼顯示器直接由CPU引腳驅(qū)動(dòng)，無外置驅(qū)動(dòng)電路。
變頻器CPU主板電路之二
——CPU基本電路的檢修
一、何謂CPU？
CPU，又稱為中央處理器，內(nèi)部一般由運(yùn)算器、控制器、內(nèi)存儲(chǔ)器、輸入/輸入設(shè)備及接口電路及總線組成，但隨技術(shù)的進(jìn)步和更新，其功能和結(jié)構(gòu)均在不斷擴(kuò)充中——將原來CPU外圍的電路也集成于器件內(nèi)部。將其硬件設(shè)備擴(kuò)充到一定的規(guī)模，而使之能獨(dú)立完成一個(gè)較復(fù)雜的控制功能，此器件即被稱為微處理器了。在微處理器家庭中，為適用于某一應(yīng)用領(lǐng)域，在硬件構(gòu)成上——有別于通用型微處理器（如80C51）——有一定的獨(dú)特性，如本文特指的變頻器經(jīng)常采用的微處理器，具備六路PWM波輸出功能，能實(shí)現(xiàn)特定的控制功能，又被稱為微控制器，別名：?jiǎn)纹瑱C(jī)。因業(yè)內(nèi)人士一般將變頻器單片機(jī)的電路板之為CPU主板，從約定俗成和定義簡(jiǎn)潔的方面考慮，本書也將微控制器（單片機(jī)），稱之為CPU了。
用于變頻器控制的微控制器，又稱之為“高性能微控制器”，應(yīng)該是有針對(duì)性開發(fā)的專用的控制芯片。它起碼要有六路PWM波形成和輸出電路及端口，以輸出驅(qū)動(dòng)電路所需的六路逆變脈沖；應(yīng)有A/D轉(zhuǎn)換電路，有的還要有D/A轉(zhuǎn)換電路，以適應(yīng)對(duì)模擬輸入、輸出量的處理；要有高速脈沖信號(hào)的輸入、輸出口和串口發(fā)送、接收引腳，以處理各種數(shù)字信號(hào)和通訊指令；應(yīng)內(nèi)含程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，以存放程序和原始數(shù)據(jù)及可改寫的數(shù)據(jù)；當(dāng)然還要有端口驅(qū)動(dòng)器、各類緩沖器等其它電路，在此不予以贅述了。
出入各CPU引腳的，不外乎是一些“信號(hào)流”，有的只進(jìn)不出，往而不返，如控制端子輸入的開關(guān)量信號(hào)；有的只出不進(jìn)，是去而不還，如控制端子上CPU輸出的繼電器信號(hào)等；有的是往返進(jìn)入，有進(jìn)有出的，如CPU與存儲(chǔ)器，與操作顯示面板之間傳遞的信號(hào)，此類信號(hào)是雙向流通的。而所有信號(hào)，從信號(hào)性質(zhì)上又可以分為兩大類：數(shù)字的和模擬的。電壓檢測(cè)信號(hào)、調(diào)速指令信號(hào)往往是模擬的，變頻器的起、停信號(hào)、鍵盤輸入信號(hào)等，是數(shù)字（開關(guān)量）的。有些模擬信號(hào)，經(jīng)過CPU外部電路處理，如經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，才送入CPU的，有的是直接進(jìn)入CPU引腳，由內(nèi)部A/D電路進(jìn)行處理的，采用的CPU硬件功能電路的不同，必然導(dǎo)致了外部電路的有異。
微控制器的集成度已經(jīng)夠高，它不可能無限制地將所有工作運(yùn)行所需的電路元件集成進(jìn)去，它需要外電路的積極配合才能開展工作。有三個(gè)工作條件是微控制器所必需的，所謂CPU工作的三要素：+5V電源、工作時(shí)鐘、復(fù)位信號(hào)。工作時(shí)鐘的產(chǎn)生是由微控制器內(nèi)部電路和引腳外接晶振元件組成振蕩電路來生成的；復(fù)位信號(hào)是由外部復(fù)位電路在上電時(shí)產(chǎn)生一個(gè)低電平（或高電平）的脈沖，送入微控制器的復(fù)位引腳，由內(nèi)部電路控制程序復(fù)位，進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。微控制器內(nèi)部的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（簡(jiǎn)稱內(nèi)存），其容量和用途是有限制的，常需要外接存儲(chǔ)器——電可擦除存儲(chǔ)器，來完成一些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)任務(wù)（尤其是用戶程序存儲(chǔ)任務(wù)），這應(yīng)該構(gòu)成了微控制器正常工作的四要素。微控制器要接受用戶的指令或?qū)⒆冾l器的工作狀態(tài)報(bào)知用戶，需要一個(gè)人機(jī)界面——操作顯示面板，與用戶交流，與操作顯示面板的正常通訊，成為微控制器工作的五要素。此外，微控制器各個(gè)引腳外接電路的好壞均會(huì)影響到微控制器的運(yùn)行，自此微控制器工作的七要素或八要素乃至幾十要素，都緊隨出現(xiàn)。其實(shí)，依筆者看來，從微控制器（或微處理器，CPU）本身來說，三要素則是工作所必需的，無它，則微控制器即不能滿足最基本的工作條件。其它原因造成微控制器不工作，是外電路的事了，并不是微控制器本身沒干活呀，對(duì)吧。
微控制器的外部電路、外部框架已經(jīng)搭好，但僅僅一個(gè)“軀體”還不能干活，還需要一個(gè)指揮軀體運(yùn)作的“靈魂”——軟件控制程序。變頻器的程序容量較大，一般長(zhǎng)達(dá)數(shù)千行。微控制器的控制功能，集中于兩個(gè)點(diǎn)上，一是對(duì)輸出PWM波的控制，這一點(diǎn)，優(yōu)質(zhì)和劣質(zhì)變頻器可看出明顯的不同，有的PMW波非常優(yōu)化，有的則有些糟糕——輸出力矩小運(yùn)行噪聲大，載波干擾也大；一是對(duì)逆變模塊的狀態(tài)檢測(cè)和保護(hù)，這一任務(wù)是配合外電路共同完成的，也是變頻器電路濃墨重彩的著筆之處。
微控制器——單片機(jī)技術(shù)成自動(dòng)化控制技術(shù)的一個(gè)重要技術(shù)分支，希望朋友們自己要多掌握一些相關(guān)的知識(shí)，在此不予贅述。
CPU主板的故障率相對(duì)較低，約占總故障率的20%左右。故障多發(fā)生在故障檢測(cè)電路和控制端子電路上。對(duì)故障檢測(cè)電路的檢修成為CPU主板的一個(gè)重要檢修內(nèi)容。故障檢測(cè)電路（電壓、電流檢測(cè)的后續(xù)電路、溫度檢測(cè)電路）本身損壞時(shí)，就有點(diǎn)“謊報(bào)軍情”故意搗亂的意思了，明明主電路是好的，卻報(bào)出“輸出短路”故障或輸出缺相故障，明明風(fēng)扇是好的，卻報(bào)出過熱故障等，使變頻器不能投入正常運(yùn)行。控制端子的故障多為用戶誤接入高電壓，而將端子供電24V燒壞，端子輸入電路開路損壞和光電耦合器的輸入側(cè)電路損壞等。
CPU芯片本身的損壞率在2%以下，由于牽扯到技術(shù)封鎖，內(nèi)部程序不易破解。一般維修人員不具備修復(fù)芯片的相關(guān)條件，只有采購(gòu)原廠家配件，或更換CPU主板，所謂“板級(jí)修理”。但對(duì)于CPU芯片的局部損壞，卻可以用變通手段嘗試修復(fù)。
二、CPU的基本電路的原理解析和檢修：
圖1 英威騰變頻器G9/P9機(jī)型CPU主板電路之一：CPU的基本電路
由電源供電、晶振電路、復(fù)位電路、外存儲(chǔ)器電路及操作面板顯示電路，構(gòu)成了變頻器CPU主板電路——CPU工作的基本電路。復(fù)位電路由專用三端復(fù)位元件IMP809M、R188構(gòu)成，上電瞬間為CPU的48腳提供一個(gè)低電平脈沖，猶如喊了一聲“各就各位”的口號(hào)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)清零，使程序開始運(yùn)行。3、4、6、8腳外接U2（93C66）存儲(chǔ)器，出廠時(shí)內(nèi)部已經(jīng)存放了用戶控制程序，在調(diào)試和使用過程中，用戶對(duì)某些參數(shù)要進(jìn)行隨時(shí)修改，以滿足控制要求，修改后的參數(shù)值由U2完成存儲(chǔ)任務(wù)。CPU與存儲(chǔ)器相連的四個(gè)引腳均由上拉電阻接+5V。
變頻器的通用機(jī)型，操作顯示面板，已經(jīng)作為一個(gè)獨(dú)立器件，與CPU進(jìn)行通訊聯(lián)系。接受用戶指令和傳送相關(guān)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。操作顯示面板內(nèi)含CPU、解碼驅(qū)動(dòng)、LDE顯示器等電路，能與CPU進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸。操作顯示面板與CPU之間，RS442/RS485收發(fā)器實(shí)現(xiàn)通訊中轉(zhuǎn)，用戶操作信號(hào)由A、B差動(dòng)輸入端輸入，由R接收器輸出端送入CPU；CPU輸出的數(shù)據(jù)信號(hào)由D發(fā)送器輸入端進(jìn)入，由Y、Z驅(qū)動(dòng)器輸出端進(jìn)入操作顯示面板。
為適應(yīng)新的控制要求，變頻器的控制端子還設(shè)有RS485通訊口，圖中U6（15176B）為RS485收發(fā)器， D，驅(qū)動(dòng)器輸入端，接CPU的TXD1串口發(fā)送腳；R，接收器輸出端，接CPU的RXD1串口接收腳；A、B，為接收器輸入、驅(qū)動(dòng)器輸出端；DE、DR，驅(qū)動(dòng)器、接收器允許信號(hào)端，驅(qū)動(dòng)器和接收器的工作狀態(tài)受此二腳電平信號(hào)控制。
CPU基本電路的檢修：
CPU（單片機(jī)芯片）本身的故障率是極低的，除遭遇異常情況如變頻器引入雷擊造成的損壞外，本身的電氣故障較難碰到。CPU的損壞，因內(nèi)含運(yùn)行程序，廠家又出于技術(shù)保密的原因，盡最大能地采取了一些保密措施，要將程序解密重新對(duì)芯片進(jìn)行重新拷貝是困難的，一般維修人員不具備此種技術(shù)手段，這其中是否也牽扯到知識(shí)產(chǎn)權(quán)的問題。因而損壞后，需購(gòu)用廠家提供的已拷貝好程序的芯片，或從同型號(hào)線路板上拆換，或干脆換用CPU主板。
對(duì)CPU基本電路的檢查，其主要內(nèi)容是對(duì)其工作三要素等工作條件的檢查，和故障修復(fù)。
CPU基本電路（三要素電路）的故障，其典型特征是：上電后在供電電源正常的情況下，操作面板無顯示，或顯示某一固定字符，變頻器無初始化動(dòng)作過程，操作顯示面板所有操作失靈，類似電腦出現(xiàn)了不能開機(jī)和“死機(jī)”的現(xiàn)象。
故障實(shí)質(zhì)：A、CPU工作三要素中，至少有一種要素不具備，CPU不能完成初始化操作，程序被“卡”??；B、CPU在自檢過程中檢測(cè)到危險(xiǎn)故障信號(hào)存在，處于故障鎖定狀態(tài)中，所有操作被拒絕，這是一種“CPU主板偽故障”現(xiàn)象，檢查和排除故障原因，則CPU“罷工”的現(xiàn)象也隨即消失；C、由雷擊或供電異常造成CPU芯片損壞。
注意：遇有程序“卡死”現(xiàn)象，務(wù)必先行排除“CPU主板偽故障”，再對(duì)CPU的三要素等電路進(jìn)行檢修。重點(diǎn)檢測(cè)OC故障報(bào)警電路，詳見第四、五章的相關(guān)內(nèi)容。
對(duì)CPU是否已經(jīng)工作或三要素電路是否正常，可先作一大致判斷：
1、變頻器上電期間，細(xì)聽充電繼電器或接觸器有無“啪嗒”的吸合聲，若有，說明三要素電路都正常，CPU已經(jīng)正常工作。變頻器處于故障鎖定狀態(tài)；
2、觀察操作顯示面板，一般有一個(gè)“開機(jī)字符”，呈閃爍狀態(tài)，最后穩(wěn)定為某一字符，有此過程，說明CPU也已進(jìn)入工作狀態(tài)；
3、若清楚該臺(tái)變頻器的上電自檢流程，和各腳電位狀態(tài)，可配合檢測(cè)相關(guān)引腳的電壓變化和電平狀態(tài)，來判斷CPU是否處于工作中。利用操作顯示面板的按鍵信號(hào)輸入，和檢測(cè)電路關(guān)鍵點(diǎn)的電壓變化，判斷CPU是否處于工作狀態(tài)。如按動(dòng)面板復(fù)位鍵，變頻器狀態(tài)信號(hào)輸出繼電器，可能會(huì)發(fā)出“啪嗒”的開、斷聲，同時(shí)驅(qū)動(dòng)電路的復(fù)位信號(hào)輸入腳，有相應(yīng)的電平變化。說明CPU能接受復(fù)位信號(hào)輸入，能將故障復(fù)位信號(hào)輸出到驅(qū)動(dòng)電路。說明CPU工作正常。
4、判斷CPU沒有投入正常工作，即可對(duì)CPU的基本工作電路進(jìn)行檢查。
對(duì)三要素電路的故障檢查：
1、+5V供電電源電路的檢查。檢查CPU的VDD、VSS、Vcc、GND等電源引腳，確認(rèn)電源供電正常，+5V供電回路往往接有千微法級(jí)較大容量的濾波電容器，當(dāng)其容量嚴(yán)重下降時(shí)，會(huì)使CPU程序運(yùn)行紊亂，易進(jìn)入程序“死循環(huán)”；
2、對(duì)復(fù)位電路的檢查。復(fù)位電路為CPU的復(fù)位腳提供一個(gè)上電期間的脈沖電壓，脈沖電壓的持續(xù)時(shí)間為μs級(jí)。故需低脈沖進(jìn)行的復(fù)位的，其CPU復(fù)位腳靜態(tài)電壓應(yīng)為+5V，需高電平脈沖進(jìn)行復(fù)位的，其CPU復(fù)位引腳靜態(tài)電壓應(yīng)為0V低電平。對(duì)復(fù)位電路的檢測(cè)手段：
a、根據(jù)CPU復(fù)位引腳需要高或低脈沖電壓的要求，測(cè)量其靜態(tài)電位是否正常。若靜態(tài)電壓異常，查CPU外接復(fù)位電路?？蓴嚅_CPU的引腳，判斷復(fù)位腳電壓異常是復(fù)位電路故障，還是CPU復(fù)位腳內(nèi)部電路損壞。
b、若靜態(tài)電壓正常，可用人工強(qiáng)制復(fù)位方法判斷CPU是否能正常工作。方法是：對(duì)CPU復(fù)位腳靜態(tài)電壓為+5V的，則用金屬導(dǎo)線快速將復(fù)位腳與供電地短接一下，人為形成一個(gè)低電平信號(hào)輸入；若復(fù)位腳靜態(tài)電壓為0V的，則用導(dǎo)線快速將復(fù)位腳與供電+5V短接一下，人為形成一個(gè)高電平信號(hào)輸入。
c、人為強(qiáng)制復(fù)位后，若CPU能正常工作——表現(xiàn)為操作顯示面板的內(nèi)容變化，可以修改參數(shù)等，說明外接復(fù)位電路故障，須更換損壞元件。對(duì)于采用專用三線端復(fù)位元件的，如無原型號(hào)元件代換，可搭接阻容元件電路應(yīng)急修復(fù)；
d、強(qiáng)制復(fù)位無效，應(yīng)進(jìn)一步檢查晶振電路。
3、對(duì)晶振電路的檢查。晶振電路的外接元件較少，一般僅為兩只電容和一只晶振。常見電路故障有以下幾種：
a、因晶振元件內(nèi)部為石英晶體，受劇烈震動(dòng)后容易碎裂失效；
b、如晶振或電容漏電，會(huì)使信號(hào)傳輸損失加大，而引起停振；
c、CPU內(nèi)部振蕩電路損壞，須更換CPU。
測(cè)量方法：a振蕩脈沖為矩形方波，其引腳電壓約為0V和+5V的中間值，兩引腳的電壓值略有差異，相差0.3V左右。其中X2引腳為2V，X1則為2.3V，測(cè)量時(shí)請(qǐng)用數(shù)字萬用表的電壓檔，如用指針表，因內(nèi)阻偏低，有可能引起停振，使測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)；b、若晶振微漏電或性能變差，當(dāng)用電烙鐵輕燙晶振引腳時(shí)，CPU主板恢復(fù)正常工作，可能為晶振低效，更換晶振；c、懷疑晶振不良時(shí)，最好是用優(yōu)良晶振代換試驗(yàn)。摘下晶振進(jìn)行檢查時(shí)，可以晃動(dòng)晶振，細(xì)看其內(nèi)部有無細(xì)微的嘩啦聲，若有，說有晶振受振動(dòng)而損壞。測(cè)量?jī)梢_電阻值，應(yīng)為無窮大，有電阻值說明漏電。若有電容表測(cè)量?jī)梢_，好的晶振有PF級(jí)電容量，其容量值隨標(biāo)稱頻率的升高而減小。e、晶振的不良，還有一種極少見的情形，因結(jié)構(gòu)形變或機(jī)械老化原因，使電路振蕩頻率偏低于標(biāo)稱頻率值，CPU時(shí)鐘脈沖的頻率降低，一是導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行變緩，二是因時(shí)間基準(zhǔn)值變化，使CPU對(duì)路輸入電流、電壓信號(hào)的采樣出現(xiàn)誤差，使運(yùn)行電流、輸出頻率的顯示值也出現(xiàn)相應(yīng)偏差，嚴(yán)重時(shí)有可能使CPU出現(xiàn)誤停機(jī)動(dòng)作。此一故障的出現(xiàn)，則表現(xiàn)為疑難故障了。
對(duì)CPU外部存儲(chǔ)器的故障檢查。變頻器能操作運(yùn)行，參數(shù)也能被修改，但停電后，修改后的參數(shù)值不能被存儲(chǔ)，說明機(jī)器有外部存儲(chǔ)器故障。檢測(cè)CPU外部存儲(chǔ)器的供電和與CPU連接線的狀態(tài)，因CPU與外部存儲(chǔ)器之間傳輸?shù)氖?#8220;脈沖流信號(hào)”，很難從其引腳電壓的高低判斷其工作好壞，可以從同型號(hào)的線路板上拆下好的存儲(chǔ)器，代換試驗(yàn)。注意：若換用新的空白存存儲(chǔ)器芯片，機(jī)器將不能工作，存儲(chǔ)器中出廠時(shí)已存有用戶控制參數(shù)。有條件的，可將原存儲(chǔ)內(nèi)容拷貝到新的芯片中?；驈闹圃鞆S家購(gòu)得存儲(chǔ)器芯片，進(jìn)行更換。
操作顯示面板的檢修。 1、操作顯示面板上的按鍵及調(diào)速電位器，都屬于易損件，又因工作現(xiàn)場(chǎng)粉塵、潮濕等因素，造成接觸不良，造成輸出頻率不穩(wěn)或按鍵不能寫入?yún)?shù)等故障，可更換修復(fù)；2、LED顯示筆劃不全，因震動(dòng)造成內(nèi)部驅(qū)動(dòng)電路引腳虛焊、銅箔條斷裂等，焊接修復(fù)；3、供電正常，但無顯示，或顯示一固定字符，可有相同型號(hào)的操作面板代換試驗(yàn)，若屬于操作顯示面板故障，可從廠家購(gòu)得整體更換。4、代換操作顯示面板無效，檢查CPU與操作顯示面板之間的數(shù)據(jù)通訊模塊——RS442/RS485收發(fā)器等電路。
[故障實(shí)例1]：
一臺(tái)7.5kW英威騰變頻器，上電聽不到充電繼電器的吸合聲，所有控制操作失靈。測(cè)量CPU的復(fù)位控制腳48腳的電壓為2.3V，正常時(shí)應(yīng)為5V，判斷三線端復(fù)位元件IMP809M不良，更換后故障排除。
[故障實(shí)例2]：
一臺(tái)富士5000G9S 11kW變頻器，操作面板顯示一固定字符，不能操作，出現(xiàn)“程序卡住”現(xiàn)象，判斷為CPU主板故障，開機(jī)測(cè)量CPU復(fù)位控制腳靜態(tài)電壓正常，用人為強(qiáng)制復(fù)位法無效，用烙鐵加熱晶振焊腳時(shí)，故障消失，更換優(yōu)良晶振元件和兩只瓷片電容后，故障排除。
[故障實(shí)例3]：
一臺(tái)富士5000G9S 47kW變頻器，操作面板顯示一固定字符，不能操作，出現(xiàn)“程序卡住”現(xiàn)象判斷為CPU主板故障。開機(jī)檢查，上電，測(cè)量CPU供電電源正常，但CPU芯片燙手，出現(xiàn)異常溫升，判斷CPU芯片本身存在短路故障，從一塊相同型號(hào)的舊線路上拆下一塊CPU芯片，更換后故障排除。
[故障實(shí)例4]：
一臺(tái)英威騰INVT-G9-004T4 小功率機(jī)器，檢查故障為逆變模塊損壞。先給CPU主板和電源驅(qū)動(dòng)板上電，準(zhǔn)備修復(fù)驅(qū)動(dòng)板故障后，再購(gòu)逆變模塊。上電后，操作顯示面板顯示H：00，面板所有按鍵操作失靈，判斷為CPU基本電路的故障，先對(duì)CPU的工作三要素進(jìn)行檢查，無異常；又對(duì)CPU的其它外圍電路進(jìn)行檢查，也無異常，一時(shí)間茫然無從下手，檢修工作陷入僵局。
后來，在檢查電流檢測(cè)電路時(shí)，測(cè)電流信號(hào)輸入放大U12D的的8、14腳電壓為0V，正常；U13D的14腳為負(fù)8V，有誤過流信號(hào)輸出。但按道理，CPU應(yīng)該報(bào)出OL或OC、SC故障，不應(yīng)該程序不運(yùn)行??？試將該路故障信號(hào)切斷，使之不能輸入CPU，上電，操作面板竟然可以操作了！
英威騰G9/P9變頻器的保護(hù)次序大概是這樣的：上電檢測(cè)功率逆變輸出部分有故障時(shí)，即使未接收啟/停信號(hào)，仍跳SC--輸出端短路故障代碼，所有操作均被拒絕；上電檢測(cè)到由電流檢測(cè)電路來的過流信號(hào)時(shí)，顯示H.00，此時(shí)所有操作仍被拒絕；上電檢測(cè)有熱報(bào)警信號(hào)時(shí)，其它大部分操作可進(jìn)行，但啟動(dòng)操作被拒絕，或許CPU認(rèn)為輸出模塊仍在高溫升狀態(tài)下，等待其恢復(fù)常溫后，才允許啟動(dòng)運(yùn)行。而對(duì)模塊短路故障和過流性故障，為保障運(yùn)行安全，索性拒絕所有操作！但此一保護(hù)性措施，常被人誤認(rèn)為是程序進(jìn)入了死循環(huán)，或是CPU外圍電路故障，如復(fù)位電路、晶振電路異常等。
將電流檢測(cè)電路修復(fù)，并檢查驅(qū)動(dòng)電路無異常后，更換功率模塊后，故障排除。
CPU主板電路之三 ——控制端子電路 一、數(shù)字控制端子電路： 變頻器的操作控制端子，接收和輸出，處理的是數(shù)字、模擬兩大類信號(hào)。模擬信號(hào)一般用于輸入0—5V（10V）的頻率指令，決定變頻器輸出轉(zhuǎn)速；輸出對(duì)應(yīng)輸出（給定）頻率的模擬電壓信號(hào)，供外接頻率表顯示運(yùn)轉(zhuǎn)頻率等。而數(shù)字信號(hào)，其輸入信號(hào)，則用于變頻器的啟/停和故障復(fù)位等控制；輸出開關(guān)量信號(hào)，用于外接繼電器、指示燈，用作變頻器故障或運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的監(jiān)控等。 下圖（圖1）為數(shù)字控制端子電路，3為數(shù)字信號(hào)公共端子，5、6、7、8、9為數(shù)字信號(hào)信號(hào)輸入端子。其中任一信號(hào)輸入端子與公共端3端子接通時(shí)，都能形成光耦合器的輸入通路，從而將控制信號(hào)傳輸給CPU。采用光耦合器的好處，除實(shí)現(xiàn)電氣隔離外，也使抗干擾性能有所提高。變頻器控制端子的信號(hào)，輸入和輸出的，均是直接來自于CPU引腳。CPU的13至17腳，為開關(guān)量控制信號(hào)輸入腳。而22腳，則輸出開關(guān)量信號(hào)，信號(hào)內(nèi)容（運(yùn)轉(zhuǎn)、故障等）一般可由參數(shù)設(shè)定，又稱為可編程輸出端子。輸出信號(hào)經(jīng)R36，為控制開關(guān)管TR3提供了正向基極偏流，TR3的導(dǎo)通直接驅(qū)動(dòng)RY1繼電器，由A、B、C三個(gè)端子輸出開關(guān)量信號(hào)，供外接指示燈或繼電器，指示變頻器的工作狀態(tài)。 從CPU的76腳輸出的是代表輸出轉(zhuǎn)速的脈沖信號(hào)，經(jīng)R27驅(qū)動(dòng)三極管TR2，TR2進(jìn)而驅(qū)動(dòng)光耦合器 PC2，PC2輸出的脈沖信號(hào)經(jīng)R75、C28濾波成平滑直流電壓，加至后續(xù)兩級(jí)電壓跟隨器進(jìn)行電流放大后，由控制端子4輸出0—10V（頻率輸出）模擬信號(hào)。該電路其實(shí)可看作是簡(jiǎn)單的模/數(shù)變換電路，雖端子輸出為模擬電壓，但CPU輸出仍為數(shù)字(脈沖)信號(hào)。 數(shù)字（開關(guān)量）信號(hào)，在任意時(shí)刻，電路的輸入、輸出側(cè)電位均為0（供電電源地電位）和1（供電電源的正端電位）兩種狀態(tài)。 圖1：松下VFO 220V 0.4kW變頻器CPU主板電路之二：數(shù)字控制端子電路 下圖（圖2）仍為控制端子電路的一部分。因?yàn)槭怯?font face="Times New Roman">IC4（BU4066BCK）四雙向模擬開關(guān)電路統(tǒng)一作輸入、輸出處理，為讀圖方便，故將數(shù)字/模擬電路畫為一處。IC4可進(jìn)行數(shù)字、模擬信號(hào)的傳輸，內(nèi)含四組雙向開關(guān)，每組開關(guān)有獨(dú)立的通/斷控制端CTL，該端子為低電平時(shí)，開關(guān)處于截止?fàn)顟B(tài)，I/O、O/I之間為高阻態(tài)；CTL端子為高電平時(shí)，開關(guān)處于接通狀態(tài)。采用雙向模擬開關(guān)的目的，是使信號(hào)的傳輸受控于CPU指令，從而實(shí)現(xiàn)可編程輸入、輸出控制。電路對(duì)兩路輸入信號(hào)進(jìn)行切換輸入和對(duì)兩路數(shù)字信號(hào)切換輸出。 圖2 松下VFO 220V 0.4kW變頻器CPU主板電路之三：數(shù)字/模擬信號(hào)控制端子電路 對(duì)兩路輸入模擬信號(hào)的切換控制，為便于原理分析，將圖2電路中的模擬信號(hào)通路重繪如下： 圖3 松下VFO 220V 0.4kW變頻器 模擬信號(hào)輸入控制 面板頻率指令電路：VR1為操作顯示面板上的電位器，可從操作面板上調(diào)整變頻器輸出頻率。VR1的調(diào)整電壓經(jīng)R90、C11抗干擾電路，輸入CPU的61腳，在內(nèi)部進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，由17腳輸出，經(jīng)IC4雙向模擬開關(guān)，并接到IC4的11腳，然后輸入CPU的79、80腳； 端子頻率指令電路：控制端子2輸入的是外接電位器的中心臂可變電壓信號(hào)，先由IC5（93321N）進(jìn)行U/F轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為正比于輸入電壓的頻率信號(hào)，再經(jīng)PC1（TLP759）光電耦合器，送入IC4內(nèi)部的另組雙向模擬開關(guān)，由11腳輸出。 兩路頻率指令信號(hào)受控于CPU的39、40兩腳的電平狀態(tài)，更進(jìn)一步受控于用戶的控制意向?？捎每刂茀?shù)設(shè)置。當(dāng)40腳為高電平，39腳為低電平時(shí)，CPU輸入由操作面板來的頻率指令，據(jù)此決定輸出頻率的高低；反之，則由控制端子外接電位器（或其它模擬電壓控制信號(hào)，如儀表輸出信號(hào)等），來調(diào)節(jié)輸出頻率的高低。 圖4 松下VFO 220V 0.4kW變頻器 開關(guān)信號(hào)輸出控制 控制端子10、11為開路集電極，開關(guān)量信號(hào)輸出，可以實(shí)現(xiàn)可編程輸出。由用戶通過參數(shù)設(shè)置輸出內(nèi)容，或運(yùn)轉(zhuǎn)中端子接通，或故障中端子接通。在CPU的41腳輸出指令控制下，當(dāng)模擬開關(guān)1、2腳接通時(shí)，光電耦合器PC8受TR8驅(qū)動(dòng)而導(dǎo)通，端子10、11呈低阻狀態(tài)，輸出一個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)；當(dāng)模擬開關(guān)的3、4腳受CPU的40腳輸出指令而接通時(shí)，端子10、11也呈現(xiàn)導(dǎo)通狀態(tài)，但此時(shí)輸出的為變頻器故障信號(hào)。 同樣，輸出信號(hào)的內(nèi)容，取決于使用者的意向——CPU的指令。兩組模擬開關(guān)，起到了一刀兩擲轉(zhuǎn)換開關(guān)的作用。根據(jù)使用者的意向，切換不同的輸出內(nèi)容。 
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