探討逆變焊機(jī)IGBT炸管的原因及保護(hù)措施

限于對(duì)開關(guān)器件及主電路結(jié)構(gòu)工作原理的理解及檢測(cè)手段的缺乏，大功率逆變焊機(jī)開關(guān)器件工作的可靠性是整機(jī)設(shè)計(jì)的重中之重，是國(guó)產(chǎn)IGBT焊機(jī)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(cè)及定量分析(具體的電路以半橋逆變手工400A焊機(jī)為例)

大俠 shery888的觀點(diǎn)：

1 、電壓型PWM控制器過流保護(hù)固有問題

目前國(guó)內(nèi)常見的IGBT逆變弧焊機(jī)PWM控制器通常采用TL494、SG3525等電壓 型集成芯片，電流反饋信號(hào)一般取自整流輸出端。當(dāng)輸出電流信號(hào)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(dǎo)通后，即使產(chǎn)生過電流，PWM控制電路也不可能及時(shí)關(guān)斷正在導(dǎo)通的過流脈沖，由于系統(tǒng)存在延遲環(huán)節(jié)，過流保護(hù)時(shí)間將延長(zhǎng)。

2、電流型過流保護(hù)

電流PWM控制電路反饋電流信號(hào)由高頻變壓器初級(jí)端通過電流互感器取得。由于電流信號(hào) 取自變壓器初級(jí)，反應(yīng)速度快，保護(hù)信號(hào)與正在流過IGBT的電流同步，一旦發(fā)生過流，PWM立即關(guān)斷輸出脈沖，IGBT獲得及時(shí)保護(hù)。電流型PWM控制器 固有的逐個(gè)脈沖檢測(cè)瞬時(shí)電流值的控制方式對(duì)輸入電壓和負(fù)載變化響應(yīng)快，系統(tǒng)穩(wěn)定性好。3、應(yīng)用中電壓型PWM確實(shí)占了大多數(shù)。

過流保護(hù)取樣也可以從變壓器初級(jí)取，通過互感線圈或霍爾傳感器取得過流信號(hào)，比如控制3525的8腳。這點(diǎn)深圳瑞凌的焊機(jī)做的不錯(cuò)，可以很好保護(hù)開關(guān)管過流。

4、如何通過檢測(cè)手段判斷一種逆變電源的主電路是否可靠?

我認(rèn)為可以從開關(guān)器件和主變壓器的空載和負(fù)載狀態(tài)下的電流電壓波形來分析，從而針對(duì)性的調(diào)整開關(guān)器件參數(shù)及過流過壓緩沖元件參數(shù)以及高頻變壓器的參數(shù)，難點(diǎn)在于如何選擇匹配。

大俠 lyticast的觀點(diǎn)：

九年前我就有電流型逆變焊機(jī)啦，到現(xiàn)在也沒見幾家有。 國(guó)內(nèi)的研究人員只知道抄來抄去，有幾個(gè)是在自主研發(fā)的?九年前的產(chǎn)品直到現(xiàn)在拿出來比較，居然還是數(shù)一數(shù)二的性能。 其實(shí)用的都是很普通的元件，關(guān)鍵是線路設(shè)計(jì)和制作工藝精良才保證了品質(zhì)，這臺(tái)焊機(jī)在一家防盜門廠用了九年，每天兩班16個(gè)小時(shí)在用，標(biāo)稱130A的小機(jī)器 比現(xiàn)在標(biāo)稱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(dāng)年我設(shè)計(jì)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(duì)電網(wǎng)一點(diǎn)干擾都沒有。

當(dāng)時(shí)應(yīng)用的PWM IC是國(guó)內(nèi)罕見的UC3846J，陶瓷封裝的，工作頻率100KHz，線路板頗難制作，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(hù)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(nèi)就可以作出響應(yīng)，放大器的響應(yīng)速度反而沒那么重要了，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(yīng)速度還特意減慢 放大器的響應(yīng)速度，例如在進(jìn)行氬弧焊時(shí)，過快的響應(yīng)速度反而會(huì)使電弧特性變硬。但是，一臺(tái)逆變焊機(jī)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(qū)動(dòng)電路的參數(shù)。這個(gè)參數(shù)要根據(jù)主開關(guān)元件和輸出整流二極管的特點(diǎn)來作調(diào)整，緩沖電路的配置也很重要。一臺(tái)成功的焊機(jī)每一個(gè)環(huán)節(jié)都要做到完美，并不一定要 花很多錢，關(guān)鍵還是一個(gè)配合問題。國(guó)內(nèi)的工程師知識(shí)面太窄，又缺乏技術(shù)交流，這樣子會(huì)繼續(xù)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(guó)電力電子技術(shù)的發(fā)展。

在此給出一種典型的設(shè)計(jì)方法， 例如400A手工焊機(jī)：

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

基本設(shè)計(jì)思路：電路極限值的工程估算

1、確定焊機(jī)容量，按公式計(jì)算有載電壓=20+0。04*400=36V，計(jì)入整流管壓降以及電纜壓降取40V，空載電壓取60V，這樣主變?cè)驯?(以輸入380V三相計(jì)算) 。

2、估算初級(jí)峰值電流以確定主開關(guān)元件容量，取最大電流/匝比*120%=53A，查參數(shù)手冊(cè)應(yīng)選用75A，1200VIGBT(以主電路全橋計(jì)算)，視不同廠家的IGBT工作頻率可在22-28KHz之間選擇。

3、主變的計(jì)算，過程略，大家都知道。

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

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