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,接入點盡量靠近IGBT,次級也用RC回路,接于二極管兩端。
一般來講,大功率最好選擇全橋電路,主開關元件開關應力最小。單向偏磁在電流型IC的控制下不復存在,主變連接時無需隔直電容。
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)=微亨來計算。例如100KHz、30微亨、25KHz、120微亨。制作電感時注意電感電流容量以及磁通是否會飽和,一旦磁通飽和的話,不會燒IGBT,但是電弧特性明顯變差,嚴重時將會頻繁斷弧,120-170微亨,400A的電感采用60*60*200 的矩形鐵芯,用4*10的絲包扁銅線立繞,繞滿時電感量就約為170微亨,采用此方法制作的手工焊機電弧穩(wěn)定,起弧容易,電流不過沖。最大程度的保證了焊接工藝的穩(wěn)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,最明顯的就是飛濺極小,是因為短路時無過沖電流而得到的。改變UC3846放大器的參數(shù),甚至還可以做到短路過渡時電流為一個很小的值,短路恢復后立刻起弧,進入下一個過程。
電流型PWM的印刷版走線是很講究的,要注意地線的走向和接地點的選擇。通常來說,要避免功率地和信號地平行走線。對于UC3846來說,接地點是應該接 在高頻退耦電容的地端,用星型接地法,使地線呈放射狀散開,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,UC3846是可以直接驅(qū)動脈沖變壓器的,電路比較簡單,如果是要帶功率擴展 的話,最好是在他的輸出端對地反接一個肖特基二極管,防止地電位變負。
注意:UC3846是高敏感度IC,他的內(nèi)部有多個超高速放大器。他的安裝位置要遠 離干擾源,必要時,使用硅鋼片屏蔽罩也是一個不錯的選擇。
關于絕緣柵類的開關元件其驅(qū)動電路的關斷速度均需很快,開關元件的開關速度靠調(diào)整柵級電阻來調(diào)整。其典型驅(qū)動電路請參照MOTOROLA公司的專著 --TMOS功率場效應管一書,他是采用二極管單向整流,PNP晶體管放電關斷的辦法,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。在這個基礎上才談得上去調(diào)整驅(qū)動速度。從成本來說,整套全橋脈沖變壓器驅(qū)動線路成本都比不上諸如 M57962等等驅(qū)動IC的一半價錢,線路又簡單,何樂而不為呢?這種驅(qū)動電路對MOS和IGBT都通用。
新出的UC3825就比較容易布線。他的功率地和信號地是分開的。用UC3846時地線銅箔宜寬不宜窄,功率地到接地點走線越短越好。此外還需要將線路板的銅箔加厚,盡可能的減少地電阻和地電感。有條件的可以采用三層板,中間層作為地線層,性能可以大幅度提高。
脈沖變壓器驅(qū)動電路有一個其他電路不具備的優(yōu)點,即永遠不可能出現(xiàn)橋臂直通現(xiàn)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(qū)時間 足夠就永不發(fā)生共同導通現(xiàn)象。而用驅(qū)動片驅(qū)動時,一旦PWM出錯,極有可能兩路全高造成橋臂直通(常有的事),瞬間就會造成IGBT自鎖,這時候片內(nèi)保護電路是無能為力的,只能傻傻的看著IGBT炸掉。就算不至于自鎖也會發(fā)生二次擊穿(IGBT也有二次擊穿,只不過耐量比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發(fā)生,典型值為30V/ns,一般不予考慮),結(jié)果也是一樣。下面我把自己的電鍍電源的經(jīng)驗寫出來,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(diào)制頻率400-1500Hz。曾經(jīng)改成過100A鋁焊機,效果良好。
控制取UC3846,直接驅(qū)動脈沖變壓器。
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?nèi)DK/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,開關管選擇IXYS公司的場效應管IXFN75N10,每臂6只。滿載壓降僅為1.3V,因此散熱器不太大。
為什么要使用低壓場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,盡管低壓場效應管全橋是兩管串聯(lián)導通,但是低壓場效應管導通電阻極低,相比之下壓降還是比IGBT要低,另外,低壓場效應管全橋只須全波整流即可,少了一個二極管壓降。不僅如此,還采用了比正常電壓高得多的驅(qū)動電壓,達18V,正常情況下,場效應管只須7V左右就可以了。但是要知道低壓場效應管和高壓場效應管是有區(qū)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,溝道電阻是會隨著VGS的升高而持續(xù)降低。
2、場效應管的可靠性并非IGBT能比擬。
3、由于一次逆變輸出無濾波電容,所以二次逆變?nèi)绻捎肐GBT半橋?qū)闺姼须娏鳠o處釋放,換向時就會產(chǎn)生高壓,此高壓會擊穿整流管,為防止此類事情發(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,整機效率顯著下降。低壓場效應管全橋就不會有這種情況,他可以采用換向時四管同時瞬間導通的方法提供電流通道(延長驅(qū)動脈寬,使兩路脈沖短時間重疊),因此不會有高壓產(chǎn)生。同時保持了電 流的連續(xù)性。這點對電鍍來說沒甚么特別好處,但是如果是用于焊接就不一樣了,換向瞬間將會在工件和焊槍之間產(chǎn)生高壓,此高壓會起到自動維弧的作用。
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