大功率弧焊逆變電源的IGBT保護技術(shù)

　　過(guò)流對IGBT來(lái)說(shuō)，是產(chǎn)生原因最復雜、發(fā)生次數最多、損壞概率最高的事件，也是國內弧焊逆變電源容易損壞的主要原因。IGBT正常工作時(shí)，導通期間的電流包括開(kāi)通時(shí)的尖峰、折算到原邊的焊接電流和關(guān)斷時(shí)的拖尾電流。在設計IGBT的過(guò)流保護時(shí)，主要可采取以下三條措施：首先選擇IGBT器件時(shí)，使其最大工作電流只占IGBT

的30%左右，其目的就是要使IGBT的安全工作區盡可能在一些，以避免IGBT的擎住效應；其次針對元器件失效等偶發(fā)性故障，如輸出失控、IGBT損壞、功率變壓器擊穿、短路、高頻整流快恢復二極管損壞引起的過(guò)電流行為，應設計保護電路為立即保護型。即保護電路動(dòng)作后，切斷供電電源，停止逆變電源工作；最后，對元器件并沒(méi)有失效，而是由于某種其它原因如負載突然加大造成的過(guò)流，可嘗試采用一種慢降柵壓的電路來(lái)實(shí)現如圖6：

圖6

　　正常工作時(shí)，因故障檢測二極管的導通，將a點(diǎn)的電壓鉗位在穩壓二極管的擊穿電壓以下，晶體管始終保持截止狀態(tài)。當電路發(fā)生過(guò)流或短路故障時(shí)，上的上升，a電壓隨之上升，到一定值時(shí)，擊穿，通，b點(diǎn)電壓下降，電容通過(guò)電阻充電，電容電壓從零開(kāi)始上升，當電容電壓上升約1.4V時(shí)，晶體管開(kāi)通，柵極電壓隨電容電壓的上升而下降，通過(guò)調節的數值，可控制電容的充電速度，進(jìn)而控制的下降速度；當電容電壓上升到穩壓二極管的擊穿電壓時(shí)，擊穿，被鉗位在一固定的數值上，慢降柵壓過(guò)程結束，同時(shí)驅動(dòng)電路通過(guò)光耦輸出過(guò)流信號傳送至單片機，此時(shí)單片機發(fā)出聲光報警并開(kāi)始運行延時(shí)程序。如果在單片機的延時(shí)過(guò)程中，故障信號消失了，則a點(diǎn)電壓降低，恢復載止，通過(guò)放電，d點(diǎn)電壓升高，也恢復截止，上升，電路恢復正常工作狀態(tài)，單片機自動(dòng)進(jìn)行復位。如果單片機在延時(shí)結束后，故障信號仍存在則由單片機切斷所有IGBT的輸入脈沖，設備停止工作，此時(shí)要通過(guò)手動(dòng)復位才能恢復正常工作。這種電路既能保護逆變電路和IGBT的安全，又不會(huì )在瞬時(shí)過(guò)流時(shí)中斷逆變電源工作所以是一種非常有效的保護方式。

3.4　過(guò)熱保護
　　
　　在焊接工作時(shí)由于工作環(huán)境惡劣，流過(guò)IGBT電流很大，并且開(kāi)關(guān)頻率較高，所以器件的損耗也較大，如果熱量不能及時(shí)散掉，使結溫 超過(guò) ，則會(huì )引起IGBT的損壞，在熱設計時(shí)還要考慮在短路和過(guò)載時(shí)，IGBT也不能過(guò)熱而損壞。適當加大散熱系統是保護焊接電源正常工作的必要條件，但由于散熱系統不可能無(wú)限制擴大，所以要在靠近IGBT處安裝一溫度繼電器來(lái)檢測IGBT的工作溫度。當溫度超過(guò)所設定的最高溫度時(shí)切斷IGBT的輸入，保護其安全。

4　結語(yǔ)

　　本文介紹了利用硬件保護電路并結合單片機的程序對弧焊逆變電源中IGBT進(jìn)行保護的方法和措施。該方法不僅從硬件電路上設計了可靠的保護電路，而且還利用單片機的程序來(lái)對設備工作狀態(tài)進(jìn)行判斷后選擇工作方式來(lái)間接對IGBT進(jìn)行保護，這樣不僅保護了IGBT的安全還保證了該電源即使在惡劣的環(huán)境的中也能可靠穩定的工作。所以在實(shí)際應用中只要我們考慮到IGBT的不同容量、型號并參考以上方法采取相應的保護措施就可以達到滿(mǎn)意的效果。