探討逆變焊機IGBT炸管的原因及保護措施

限于對開關(guān)器件及主電路結(jié)構(gòu)工作原理的理解及檢測手段的缺乏，大功率逆變焊機開關(guān)器件工作的可靠性是整機設(shè)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的觀點：

1 、電壓型PWM控制器過流保護固有問題

目前國內(nèi)常見的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(dāng)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(dǎo)通后，即使產(chǎn)生過電流，PWM控制電路也不可能及時關(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)，過流保護時間將延長。

2、電流型過流保護

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

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

4、如何通過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分析，從而針對性的調(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)，難點在于如何選擇匹配。

大俠 lyticast的觀點：

九年前我就有電流型逆變焊機啦，到現(xiàn)在也沒見幾家有。 國內(nèi)的研究人員只知道抄來抄去，有幾個是在自主研發(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。 其實用的都是很普通的元件，關(guān)鍵是線路設(shè)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廠用了九年，每天兩班16個小時在用，標稱130A的小機器 比現(xiàn)在標稱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)計時是很保守的，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)一點干擾都沒有。

當(dāng)時應(yīng)用的PWM IC是國內(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用，更重要的，他參與了大環(huán)路反饋的控制。簡單而言，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，例如在進行氬弧焊時，過快的響應(yīng)速度反而會使電弧特性變硬。但是，一臺逆變焊機的好壞不僅僅是采用何種IC去控制，另外一個關(guān)鍵點就是驅(qū)動電路的參數(shù)。這個參數(shù)要根據(jù)主開關(guān)元件和輸出整流二極管的特點來作調(diào)整，緩沖電路的配置也很重要。一臺成功的焊機每一個環(huán)節(jié)都要做到完美，并不一定要 花很多錢，關(guān)鍵還是一個配合問題。國內(nèi)的工程師知識面太窄，又缺乏技術(shù)交流，這樣子會繼續(xù)拉大與進口產(chǎn)品的差距，本人愿意把自己所知道的全部提供給大家， 以推動我國電力電子技術(shù)的發(fā)展。

在此給出一種典型的設(shè)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，他的負載動態(tài)范圍是最大的。

基本設(shè)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關(guān)元件容量，取最大電流/匝比*120%=53A，查參數(shù)手冊應(yīng)選用75A，1200VIGBT(以主電路全橋計算)，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特性，應(yīng)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(qū)動參數(shù)的確定。大家可能都會采用驅(qū)動IC，其實在輸出電壓不是很高的場合根本沒必要，采用脈沖變壓器單極性驅(qū)動就可以了，既便宜又可靠。驅(qū)動IC的負壓主要是用在變頻器之類的場合，為防止二極管恢復(fù)壓而設(shè)置的，焊機就不存在這個問題， 用負壓反而容易造成IGBT自鎖而失效。