CPU基本电路原理解析及检修方法

由电源供电、晶振电路、复位电路、外存储器电路及操作面板显示电路，构成了变频器CPU主板电路——CPU工作的基本电路（见图7-9）。复位电路由专用三端复位元件IMP809M、R188构成，上电瞬间为CPU的48脚提供一个低电平脉冲，犹如喊了一声“各就各位”的口号，实现系统清零，使程序开始运行。3脚、4脚、6脚、8脚外接U2（93C66）存储器，出厂时内部已经存放了用户控制程序，在调试和使用过程中，用户对某些参数要进行随时修改，以满足控制要求，修改后的参数值由U2完成存储任务。CPU与存储器相连的4个引脚均由上拉电阻接5V。

对变频器的通用机型，操作显示面板已经作为一个独立器件与CPU进行通信联系，接受用户指令和传送相关监控数据。操作显示面板内含CPU、解码驱动、LDE显示器等电路，能与CPU进行双向数据传输。操作显示面板与CPU之间，RS442/RS485收发器实现通信中转，用户操作信号由A、B差动输入端输入，由R接收器输出端送入CPU；CPU输出的数据信号由D发送器输入端进入，由Y、Z驱动器输出端进入操作显示面板。

为适应新的控制要求，变频器的控制端子还设有RS485通信口，图7-9中U6（15176B）为RS485收发器，驱动器输入端D接CPU的TXD1串口发送脚；接收器输出端R接CPU的RXD1串口接收脚；A和B为接收器输入、驱动器输出端；RE、DR为驱动器、接收器允许信号端，驱动器和接收器的工作状态受此二脚电平信号控制。

（1）CPU基本电路的检修

CPU（单片机芯片）本身的故障率是极低的，除遭遇异常情况如变频器引入雷击造成的损坏外，本身的电气故障较难碰到。CPU的损坏，因内含运行程序，且厂家又出于技术保密的原因，尽最大可能地采取了一些保密措施，要将程序解密重新对芯片进行重新拷贝是困难的，一般维修人员不具备此种技术手段，这其中是否也牵扯到知识产权的问题。因而损坏后，需购用厂家提供的已复制好程序的芯片，或从同型号电路板上拆换，或干脆换用CPU主板。

图7-9 英威腾变频器G9/P9机型CPU主板电路之一：CPU的基本电路

对CPU基本电路的检查，其主要内容是对其工作三要素等工作条件的检查和故障修复。

CPU基本电路（三要素电路）的故障，其典型特征是：上电后在供电电源正常的情况下操作面板无显示，或显示某一固定字符，变频器无初始化动作过程，操作显示面板所有操作失灵，类似电脑出现了不能开机和“死机”的现象。

故障实质：CPU工作三要素中至少有一种要素不具备，CPU不能完成初始化操作，程序被“卡”住；CPU在自检过程中检测到危险故障信号存在，处于故障锁定状态中，所有操作被拒绝，这是一种“CPU主板伪故障”现象，检查和排除故障原因，则CPU“罢工”的现象也随即消失；由雷击或供电异常造成CPU芯片损坏。

注意：遇有程序“卡死”现象，务必先行排除“CPU主板伪故障”，再对CPU的三要素等电路进行检修。重点检测OC故障报警电路，详见第4和5章的相关内容。

对CPU是否已经工作或三要素电路是否正常，可先作一大致判断：

1）变频器上电期间，细听充电继电器或接触器有无“啪嗒”的吸合声，若有，说明三要素电路都正常，CPU已经正常工作。变频器处于故障锁定状态。

2）观察操作显示面板，一般有一个“开机字符”，呈闪烁状态，最后稳定为某一字符，有此过程，说明CPU也已进入工作状态。

3）若清楚该台变频器的上电自检流程和各脚电位状态，可配合检测相关引脚的电压变化和电平状态，来判断CPU是否处于工作中。利用操作显示面板的按键信号输入和检测电路关键点的电压变化，判断CPU是否处于工作状态。如按动面板复位键，变频器状态信号输出继电器，可能会发出“啪嗒”的开、断声，同时驱动电路的复位信号输入脚，有相应的电平变化。说明CPU能接受复位信号输入，能将故障复位信号输出到驱动电路。说明CPU工作正常。

4）判断CPU没有投入正常工作，即可对CPU的基本工作电路进行检查。

（2）对三要素电路的故障检查

1）+5V供电电源电路的检查。检查CPU的VDD、VSS、Vcc、GND等电源引脚，确认电源供电正常，+5V供电回路往往接有微法级较大容量的滤波电容器，当其容量严重下降时，会使CPU程序运行紊乱，易进入程序“死循环”。

2）对复位电路的检查。复位电路为CPU的复位脚提供一个上电期间的脉冲电压，脉冲电压的持续时间为μs级。故需低脉冲进行复位的，其CPU复位脚静态电压应为5V，需高电平脉冲进行复位的，其CPU复位引脚静态电压应为0V低电平。对复位电路的检测手段：

①根据CPU复位引脚需要高或低脉冲电压的要求，测量其静态电位是否正常。若静态电压异常，查CPU外接复位电路。可断开CPU的引脚，判断复位脚电压异常是复位电路故障，还是CPU复位脚内部电路损坏。

②若静态电压正常，可用人工强制复位方法判断CPU是否能正常工作。方法是：对CPU复位脚静态电压为5V的，则用金属导线快速将复位脚与供电地短接一下，人为形成一个低电平信号输入；若复位脚静态电压为0V的，则用导线快速将复位脚与供电5V短接一下，人为形成一个高电平信号输入。

③人为强制复位后，若CPU能正常工作——表现为操作显示面板的内容变化，可以修改参数等，说明外接复位电路故障，需更换损坏元件。对于采用专用三线端复位元件的，如无原型号元件代换，可参考图7-2中电阻、电容延时复位电路，搭接阻容元件电路应急修复。

④强制复位无效，应进一步检查晶振电路。

3）对晶振电路的检查。晶振电路的外接元件较少，一般仅为两只电容和一只晶振。常见电路故障有以下几种：

①因晶振元件内部为石英晶体，受剧烈振动后容易碎裂失效。

②如晶振或电容漏电，会使信号传输损失加大，而引起停振。(www.xing528.com)

③CPU内部振荡电路损坏，须更换CPU。

测量方法：

①振荡脉冲为矩形方波，其引脚电压约为0V和5V的中间值，两引脚的电压值略有差异，相差0.3V左右。其中X2引脚为2V，X1则为2.3V，测量时请用数字式万用表的电压档，如用指针式万用表，因内阻偏低，有可能引起停振，使测量结果不准。

②若晶振微漏电或性能变差，当用电烙铁轻烫晶振引脚时，CPU主板恢复正常工作，可能为晶振低效，更换晶振。

③怀疑晶振不良时，最好是用优良晶振代换试验。摘下晶振进行检查时，可以晃动晶振，细看其内部有无细微的哗啦声，若有，说有晶振受振动而损坏。测量两引脚电阻值，应为无穷大，有电阻值说明漏电。若有电容表测量两引脚，好的晶振有PF级电容量，其容量值随标称频率的升高而减小。

④晶振的不良，还有一种极少见的情形，因结构形变或机械老化原因，使电路振荡频率偏低于标称频率值，CPU时钟脉冲的频率降低，一是导致系统运行变缓，二是因时间基准值变化，使CPU对各路输入电流、电压信号的采样出现误差，使运行电流、输出频率的显示值也出现相应偏差，严重时有可能使CPU出现误停机动作。此一故障的出现，则表现为疑难故障了。

下面介绍其他要素电路的故障检查。

1）对CPU外部存储器的故障检查。变频器能操作运行，参数也能被修改，但停电后，修改后的参数值不能被存储，说明机器有外部存储器故障。检测CPU外部存储器的供电和与CPU连接线的状态，因CPU与外部存储器之间传输的是“脉冲流信号”，很难从其引脚电压的高低判断其工作好坏，可以从同型号的电路板上拆下好的存储器，代换试验。注意：若换用新的空白存存储器芯片，机器将不能工作，存储器中出厂时已存有用户控制参数。有条件的，可将原存储内容拷贝到新的芯片中。或从制造厂家购得存储器芯片，进行更换。

2）操作显示面板的检修。

①操作显示面板上的按键及调速电位器都属于易损件，又因工作现场粉尘、潮湿等因素，造成接触不良，造成输出频率不稳或按键不能写入参数等故障，可更换修复。

②LED显示笔划不全，因振动造成内部驱动电路引脚虚焊、铜箔条断裂等，焊接修复。

③供电正常，但无显示，或显示一固定字符，可有相同型号的操作面板代换试验，若属于操作显示面板故障，可从厂家购得整体更换。

3）代换操作显示面板无效，检查CPU与操作显示面板之间的数据通信模块——RS442/RS485收发器等电路。

故障实例1

一台7.5kW英威腾变频器，上电后听不到充电继电器的吸合声，所有控制操作均失灵。测量CPU的复位控制脚48脚的电压为2.3V，正常时应为5V，判断三线端复位元件IMP809M已损坏，更换后故障排除。

故障实例2

一台富士5000G9S 11kW变频器，操作面板显示一固定字符，不能操作，出现“程序卡住”现象，判断为CPU主板故障，开机测量CPU复位控制脚静态电压正常，用人为强制复位法无效，用烙换加热晶振焊脚时，故障消失，换优良晶振元件和两只瓷片电容后，故障排除。

故障实例3

一台富士5000G9S 47kW变频器，操作面板显示一固定字符，不能操作，出现“程序卡住”现象，判断为CPU主板故障。开机检查，上电，测量CPU供电电源正常，但CPU芯片烫手，出现异常温升，判断CPU芯片本身存在短路故障，从一块相同型号的旧电路板上拆下一块CPU芯片，更换后故障排除。

故障实例4

一台英威腾INVT-G9-004T4小功率机器，检查故障为逆变模块损坏。先给CPU主板和电源驱动板上电，准备修复驱动板故障后，再购逆变模块。上电后，操作显示面板显示H：00，面板所有按键操作均失灵，判断为CPU基本电路的故障，先对CPU的工作三要素进行检查，无异常；又对CPU的其他外围电路进行检查，也无异常，一时间茫然无从下手，检修工作陷入僵局。

后来，在检查电流检测电路时，测电流信号输入放大U12d的8脚和14脚电压为0V，正常；U13d的14脚为负8V，有误过电流信号输出。但按道理，CPU应该报出OL或OC、SC故障，不应该程序不运行啊？试将该路电流信号切断，使之不能输入CPU，上电，操作面板竟然可以操作了！

SC信号的存在与示警，竟然表现为“程序死机”的现象！设计者的思路是：有严重危及变频器运行安全的故障存在时，变频器全面拒绝操作，运行操作与参数设置操作都被拒绝！但此一保护性措施，常被人误认为是程序进入了死循环，或是CPU外围电路故障，如复位电路、晶振电路异常等。

从此故障实例中，我们应充分认识到，变频器故障保护过程中，软件参与的智能化特性，应从软、硬件电路两个方面，表现出的软件故障，也应从硬件方面找找原因。综合考虑与判断，广开思路，积累经验，才能高效地排除故障。

将电流检测电路修复，并检查驱动电路无异常后，更换功率模块后，故障排除。