探討逆變焊機IGBT炸管的原因及保護措施

7、 緩沖電路。初級用RC回路直接接入主變兩端，接入點(diǎn)盡量靠近IGBT，次級也用RC回路，接于二極管兩端。

一般來(lái)講，大功率最好選擇全橋電路，主開(kāi)關(guān)元件開(kāi)關(guān)應力最小。單向偏磁在電流型IC的控制下不復存在，主變連接時(shí)無(wú)需隔直電容。

注意：電流型控制不能用于半橋電路!電感的確定：正常情況下按3000/f(KHz)=微亨來(lái)計算。例如100KHz、30微亨、25KHz、120微亨。制作電感時(shí)注意電感電流容量以及磁通是否會(huì )飽和，一旦磁通飽和的話(huà)，不會(huì )燒IGBT，但是電弧特性明顯變差，嚴重時(shí)將會(huì )頻繁斷弧，120-170微亨，400A的電感采用60*60*200 的矩形鐵芯，用4*10的絲包扁銅線(xiàn)立繞，繞滿(mǎn)時(shí)電感量就約為170微亨，采用此方法制作的手工焊機電弧穩定，起弧容易，電流不過(guò)沖。最大程度的保證了焊接工藝的穩定。大家可以在此基礎上再發(fā)展出其他品種的焊機，例如CO2焊機，只要把送絲機的速度控制改成弧長(cháng)反饋就可以得到變速送絲CO2焊機，他將具有下降特性的所有優(yōu)點(diǎn)，最明顯的就是飛濺極小，是因為短路時(shí)無(wú)過(guò)沖電流而得到的。改變UC3846放大器的參數，甚至還可以做到短路過(guò)渡時(shí)電流為一個(gè)很小的值，短路恢復后立刻起弧，進(jìn)入下一個(gè)過(guò)程。

電流型PWM的印刷版走線(xiàn)是很講究的，要注意地線(xiàn)的走向和接地點(diǎn)的選擇。通常來(lái)說(shuō)，要避免功率地和信號地平行走線(xiàn)。對于UC3846來(lái)說(shuō)，接地點(diǎn)是應該接 在高頻退耦電容的地端，用星型接地法，使地線(xiàn)呈放射狀散開(kāi)，另外因為UC3846的功率地和信號地是共用的，所以高頻退耦電容還應該盡量貼近IC的接地端 安裝。這個(gè)高頻退耦電容通常使用1微法的聚丙烯疊層電容為最好。高頻應用時(shí)，UC3846是可以直接驅動(dòng)脈沖變壓器的，電路比較簡(jiǎn)單，如果是要帶功率擴展 的話(huà)，最好是在他的輸出端對地反接一個(gè)肖特基二極管，防止地電位變負。

注意：UC3846是高敏感度IC，他的內部有多個(gè)超高速放大器。他的安裝位置要遠 離干擾源，必要時(shí)，使用硅鋼片屏蔽罩也是一個(gè)不錯的選擇。

關(guān)于絕緣柵類(lèi)的開(kāi)關(guān)元件其驅動(dòng)電路的關(guān)斷速度均需很快，開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)速度靠調整柵級電阻來(lái)調整。其典型驅動(dòng)電路請參照MOTOROLA公司的專(zhuān)著(zhù) --TMOS功率場(chǎng)效應管一書(shū)，他是采用二極管單向整流，PNP晶體管放電關(guān)斷的辦法，速度很快。典型值可達100ns。這就好比你讓寶馬跑 160KM/h是很容易的事，讓夏利去就費力了。在這個(gè)基礎上才談得上去調整驅動(dòng)速度。從成本來(lái)說(shuō)，整套全橋脈沖變壓器驅動(dòng)線(xiàn)路成本都比不上諸如 M57962等等驅動(dòng)IC的一半價(jià)錢(qián)，線(xiàn)路又簡(jiǎn)單，何樂(lè )而不為呢?這種驅動(dòng)電路對MOS和IGBT都通用。

新出的UC3825就比較容易布線(xiàn)。他的功率地和信號地是分開(kāi)的。用UC3846時(shí)地線(xiàn)銅箔宜寬不宜窄，功率地到接地點(diǎn)走線(xiàn)越短越好。此外還需要將線(xiàn)路板的銅箔加厚，盡可能的減少地電阻和地電感。有條件的可以采用三層板，中間層作為地線(xiàn)層，性能可以大幅度提高。

脈沖變壓器驅動(dòng)電路有一個(gè)其他電路不具備的優(yōu)點(diǎn)，即永遠不可能出現橋臂直通現象。脈沖變壓器不可能將四路電平全部出高，只能是交替出高電平，只要死區時(shí)間 足夠就永不發(fā)生共同導通現象。而用驅動(dòng)片驅動(dòng)時(shí)，一旦PWM出錯，極有可能兩路全高造成橋臂直通(常有的事)，瞬間就會(huì )造成IGBT自鎖，這時(shí)候片內保護電路是無(wú)能為力的，只能傻傻的看著(zhù)IGBT炸掉。就算不至于自鎖也會(huì )發(fā)生二次擊穿(IGBT也有二次擊穿，只不過(guò)耐量比GTR高得多，他本質(zhì)上還是 GTR。MOSFET也有，但是比SOA寬得多，一般只是在極高的電壓瞬變時(shí)發(fā)生，典型值為30V/ns，一般不予考慮)，結果也是一樣。下面我把自己的電鍍電源的經(jīng)驗寫(xiě)出來(lái)，我的電鍍電源容量不太大，是交直流方波輸出的，電壓為12V，電流為200A，調制頻率400-1500Hz。曾經(jīng)改成過(guò)100A鋁焊機，效果良好。

控制取UC3846，直接驅動(dòng)脈沖變壓器。

主電路還是老一套，因為容量小，才用了4只IRF360(25A/400V)作為全橋四臂，反饋取樣都還是一樣，主變取TDK/EI70磁心，整流管取IR的肖特基管400A/100V，全波整流，工作頻率110KHz。

所不同的是輸出濾波電感量很大，達120微亨。二次逆變采用全橋輸出，開(kāi)關(guān)管選擇IXYS公司的場(chǎng)效應管IXFN75N10，每臂6只。滿(mǎn)載壓降僅為1.3V，因此散熱器不太大。

為什么要使用低壓場(chǎng)效應管全橋作為二次逆變?而不是通常的半橋IGBT逆變?

這是因為:

1、從靜態(tài)功耗上計算，盡管低壓場(chǎng)效應管全橋是兩管串聯(lián)導通，但是低壓場(chǎng)效應管導通電阻極低，相比之下壓降還是比IGBT要低，另外，低壓場(chǎng)效應管全橋只須全波整流即可，少了一個(gè)二極管壓降。不僅如此，還采用了比正常電壓高得多的驅動(dòng)電壓，達18V，正常情況下，場(chǎng)效應管只須7V左右就可以了。但是要知道低壓場(chǎng)效應管和高壓場(chǎng)效應管是有區別的，他們的導通電阻成分比例不一樣。低壓的主要是溝道 電阻高壓的主要是體電阻，溝道電阻是會(huì )隨著(zhù)VGS的升高而持續降低。

2、場(chǎng)效應管的可靠性并非IGBT能比擬。

3、由于一次逆變輸出無(wú)濾波電容，所以二次逆變如果采用IGBT半橋將會(huì )使電感電流無(wú)處釋放，換向時(shí)就會(huì )產(chǎn)生高壓，此高壓會(huì )擊穿整流管，為防止此類(lèi)事情發(fā)生不得不采用容量很大的RC吸收回路，還必須限制電感量，整機效率顯著(zhù)下降。低壓場(chǎng)效應管全橋就不會(huì )有這種情況，他可以采用換向時(shí)四管同時(shí)瞬間導通的方法提供電流通道(延長(cháng)驅動(dòng)脈寬，使兩路脈沖短時(shí)間重疊)，因此不會(huì )有高壓產(chǎn)生。同時(shí)保持了電 流的連續性。這點(diǎn)對電鍍來(lái)說(shuō)沒(méi)甚么特別好處，但是如果是用于焊接就不一樣了，換向瞬間將會(huì )在工件和焊槍之間產(chǎn)生高壓，此高壓會(huì )起到自動(dòng)維弧的作用。