大功率弧焊逆變電源的IGBT保護技術(shù)
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
IGBT關(guān)斷時為反向偏置，對應安全工作區(qū)為反偏安全工作區(qū)RBSOA。除了電流電壓邊界外，另一邊界為器件關(guān)斷后的重加電壓上升率。因此，電壓變化率越大，安全工作區(qū)越小。實際上，這就是因為IGBT動態(tài)擎住效應的限制的緣故。所以在弧焊逆變電源的設(shè)計中，限制過電流和過電壓、改善器件的運行特性以及降低功耗，都有重要的意義。在不同的工作狀態(tài)下，保證IGBT在安全工作范圍內(nèi)并處于較好狀態(tài)下，是提高整機可靠性的關(guān)鍵技術(shù)。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/181343.htm
3．IGBT的保護措施
由于其結(jié)構(gòu)和安全工作區(qū)知IGBT的可靠與否主要由以下因素決定：
1、柵極與發(fā)射極電壓
2、集電極與發(fā)射極電壓
3、流過集電極的電流
4、IGBT的結(jié)溫
以上的四個因素在工作環(huán)境惡劣的弧焊逆變電源中都是需要注意的，尤其是第二項和第三項是我們在設(shè)計保護電路中重點考慮的內(nèi)容。
3.1 IGBT柵極的保護
IGBT的柵極－發(fā)射極驅(qū)動電壓 
的保證電壓為 
，因此在IGBT的驅(qū)動電路應當設(shè)置柵極壓限幅電路；另外由于焊接電源設(shè)備工作環(huán)境非常惡劣，在運輸或振動過程中可能會使柵極回路斷開，這時如果電源設(shè)備開始工作，則隨著集電極電位的變化，由于柵極與與集電極和發(fā)射極之間寄生電容的存在，使得柵極電位升高，集電極－發(fā)射極間有電流流過。這時若集電極和發(fā)射極處于高壓狀態(tài)時，會使IGBT發(fā)熱，極易引起IGBT損壞。為防止此類情況發(fā)生，可在IGBT的柵極與發(fā)射極間并接一只 
的電阻，此電阻應盡量靠近柵極與發(fā)身極。如圖3所示。
圖3
3.2 集電極與發(fā)射極的過壓保護
弧焊逆變電源進入焊接狀態(tài)時，輸出端即從空載轉(zhuǎn)入接近短路狀態(tài)，這時要求輸出電流必須處于所需要的恒定狀態(tài)。理論上，采用恒流閉環(huán)控制系統(tǒng)即可以控制電源的短路電流，但實際短路時，輸出電壓很低，即IGBT的工作脈寬很窄，才能保證輸出電流恒定，這就造成了IGBT在很短的導通期間，吸收電容未分放電而馬上關(guān)斷，且因分布電感和漏感的影響，IGBT的關(guān)斷是在承受較高的反壓下進行的，極易使IGBT損壞，為了使IGBT 關(guān)斷過電壓能得到有效的抑制并減少關(guān)斷損耗，需要給IGBT主電路設(shè)置關(guān)斷緩沖吸收電路。IGBT的關(guān)斷緩沖吸收電路分為充放電型和放電阻止型，從吸收過電壓的能力上來說，充放電型效果較好，所以可在弧焊逆變電源中的IGBT過壓保護緩沖電路可采用圖4所示緩沖吸收電路：
圖4
在此硬件電路的基礎(chǔ)上，結(jié)合單片機的控制系統(tǒng)可檢測輸出電壓低于某一設(shè)定值時，單片機便認為負載電弧是處于短路狀態(tài)，這時單片機便對IGBT的最小脈沖寬度進行限制，以保證吸收電容有足夠的放電時間，從而降低IGBT的關(guān)斷反向電壓。同時為保證輸出電流恒定，單片機在判斷輸出為短路時將逆變器的等脈沖寬度調(diào)節(jié)（PWM）變?yōu)轭l率調(diào)節(jié)控制（PFM），即脈沖分頻控制，輸出電壓越低，輸出脈沖的頻率越低。其單片機程序過程如圖5所示：
這與傳統(tǒng)的簡單限流或直接關(guān)閉IGBT的控制方式有本質(zhì)的區(qū)別，它是利用單片機的智能性改變其工作方式來保護IGBT的安全，從而可靠的保證IGBT的安全。
3.3 過流保護
評論