探討逆變焊機IGBT炸管的原因及保護措施

限于對開(kāi)關(guān)器件及主電路結構工作原理的理解及檢測手段的缺乏，大功率逆變焊機開(kāi)關(guān)器件工作的可靠性是整機設計的重中之重，是國產(chǎn)IGBT焊機的返修率居高不下，不能大量推廣的主要原因。

關(guān)鍵：IGBT電流、電壓波形的檢測及定量分析(具體的電路以半橋逆變手工400A焊機為例)

大俠 shery888的觀(guān)點(diǎn)：

1 、電壓型PWM控制器過(guò)流保護固有問(wèn)題

目前國內常見(jiàn)的IGBT逆變弧焊機PWM控制器通常采用TL494、SG3525等電壓 型集成芯片，電流反饋信號一般取自整流輸出端。當輸出電流信號由分流器檢出電流與給定電流比較后，經(jīng)比例積分放大器大，控制輸出脈沖寬度。IGBT導通后，即使產(chǎn)生過(guò)電流，PWM控制電路也不可能及時(shí)關(guān)斷正在導通的過(guò)流脈沖，由于系統存在延遲環(huán)節，過(guò)流保護時(shí)間將延長(cháng)。

2、電流型過(guò)流保護

電流PWM控制電路反饋電流信號由高頻變壓器初級端通過(guò)電流互感器取得。由于電流信號 取自變壓器初級，反應速度快，保護信號與正在流過(guò)IGBT的電流同步，一旦發(fā)生過(guò)流，PWM立即關(guān)斷輸出脈沖，IGBT獲得及時(shí)保護。電流型PWM控制器 固有的逐個(gè)脈沖檢測瞬時(shí)電流值的控制方式對輸入電壓和負載變化響應快，系統穩定性好。3、應用中電壓型PWM確實(shí)占了大多數。

過(guò)流保護取樣也可以從變壓器初級取，通過(guò)互感線(xiàn)圈或霍爾傳感器取得過(guò)流信號，比如控制3525的8腳。這點(diǎn)深圳瑞凌的焊機做的不錯，可以很好保護開(kāi)關(guān)管過(guò)流。

4、如何通過(guò)檢測手段判斷一種逆變電源的主電路是否可靠?

我認為可以從開(kāi)關(guān)器件和主變壓器的空載和負載狀態(tài)下的電流電壓波形來(lái)分析，從而針對性的調整開(kāi)關(guān)器件參數及過(guò)流過(guò)壓緩沖元件參數以及高頻變壓器的參數，難點(diǎn)在于如何選擇匹配。

大俠 lyticast的觀(guān)點(diǎn)：

九年前我就有電流型逆變焊機啦，到現在也沒(méi)見(jiàn)幾家有。 國內的研究人員只知道抄來(lái)抄去，有幾個(gè)是在自主研發(fā)的?九年前的產(chǎn)品直到現在拿出來(lái)比較，居然還是數一數二的性能。 其實(shí)用的都是很普通的元件，關(guān)鍵是線(xiàn)路設計和制作工藝精良才保證了品質(zhì)，這臺焊機在一家防盜門(mén)廠(chǎng)用了九年，每天兩班16個(gè)小時(shí)在用，標稱(chēng)130A的小機器 比現在標稱(chēng)200A的都好用，飛濺極少。電焊條都可以燒到4mm的，空載電壓才48V而已，暫載率100%，重量也才10-5KG。當年我設計時(shí)是很保守的，光散熱器就用4.5KG，還有輸入濾波電感，也有1.6KG重，對電網(wǎng)一點(diǎn)干擾都沒(méi)有。

當時(shí)應用的PWM IC是國內罕見(jiàn)的UC3846J，陶瓷封裝的，工作頻率100KHz，線(xiàn)路板頗難制作，電流反饋采用互感器采樣峰值電流和霍爾采樣平均電流，雙環(huán)反饋。電流型控制的好處很多，峰值電流不僅僅是做保護用，更重要的，他參與了大環(huán)路反饋的控制。簡(jiǎn)單而言，就是用誤差放大器的輸出去控制峰值電流，因此可以做到半個(gè)周期(5微秒)內就可以作出響應，放大器的響應速度反而沒(méi)那么重要了，盡管UC3846的誤差放大器速度很快。有時(shí)為了得到比較慢的響應速度還特意減慢 放大器的響應速度，例如在進(jìn)行氬弧焊時(shí)，過(guò)快的響應速度反而會(huì )使電弧特性變硬。但是，一臺逆變焊機的好壞不僅僅是采用何種IC去控制，另外一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)就是驅動(dòng)電路的參數。這個(gè)參數要根據主開(kāi)關(guān)元件和輸出整流二極管的特點(diǎn)來(lái)作調整，緩沖電路的配置也很重要。一臺成功的焊機每一個(gè)環(huán)節都要做到完美，并不一定要 花很多錢(qián)，關(guān)鍵還是一個(gè)配合問(wèn)題。國內的工程師知識面太窄，又缺乏技術(shù)交流，這樣子會(huì )繼續拉大與進(jìn)口產(chǎn)品的差距，本人愿意把自己所知道的全部提供給大家， 以推動(dòng)我國電力電子技術(shù)的發(fā)展。

在此給出一種典型的設計方法， 例如400A手工焊機：

手工焊機在所有逆變焊機中是最難做的一種，他的負載動(dòng)態(tài)范圍是最大的。

基本設計思路：電路極限值的工程估算

1、確定焊機容量，按公式計算有載電壓=20+0。04*400=36V，計入整流管壓降以及電纜壓降取40V，空載電壓取60V，這樣主變匝比9(以輸入380V三相計算) 。

2、估算初級峰值電流以確定主開(kāi)關(guān)元件容量，取最大電流/匝比*120%=53A，查參數手冊應選用75A，1200VIGBT(以主電路全橋計算)，視不同廠(chǎng)家的IGBT工作頻率可在22-28KHz之間選擇。

3、主變的計算，過(guò)程略，大家都知道。

4、主控電路的確定，剛才說(shuō)了，為保證主開(kāi)關(guān)元件的安全和輸出動(dòng)特性，應采用電流型控制，UC3846或UC3825的資料請上網(wǎng)查尋。反饋還是老一套，電流互感器+霍爾。

5、驅動(dòng)參數的確定。大家可能都會(huì )采用驅動(dòng)IC，其實(shí)在輸出電壓不是很高的場(chǎng)合根本沒(méi)必要，采用脈沖變壓器單極性驅動(dòng)就可以了，既便宜又可靠。驅動(dòng)IC的負壓主要是用在變頻器之類(lèi)的場(chǎng)合，為防止二極管恢復壓而設置的，焊機就不存在這個(gè)問(wèn)題， 用負壓反而容易造成IGBT自鎖而失效。