探討逆變焊機(jī)IGBT炸管的原因及保護(hù)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。

一般來講，大功率最好選擇全橋電路，主開關(guān)元件開關(guān)應(yīng)力最小。單向偏磁在電流型IC的控制下不復(fù)存在，主變連接時(shí)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(jì)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，不會(huì)燒IGBT，但是電弧特性明顯變差，嚴(yán)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的絲包扁銅線立繞，繞滿時(shí)電感量就約為170微亨，采用此方法制作的手工焊機(jī)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(chǔ)上再發(fā)展出其他品種的焊機(jī)，例如CO2焊機(jī)，只要把送絲機(jī)的速度控制改成弧長反饋就可以得到變速送絲CO2焊機(jī)，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?yàn)槎搪窌r(shí)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(shí)電流為一個(gè)很小的值，短路恢復(fù)后立刻起弧，進(jìn)入下一個(gè)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(diǎn)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(diǎn)是應(yīng)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?yàn)閁C3846的功率地和信號地是共用的，所以高頻退耦電容還應(yīng)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(yīng)用時(shí)，UC3846是可以直接驅(qū)動(dòng)脈沖變壓器的，電路比較簡單，如果是要帶功率擴(kuò)展 的話，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(fù)。

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

關(guān)于絕緣柵類的開關(guān)元件其驅(qū)動(dòng)電路的關(guān)斷速度均需很快，開關(guān)元件的開關(guān)速度靠調(diào)整柵級電阻來調(diào)整。其典型驅(qū)動(dòng)電路請參照MOTOROLA公司的專著 --TMOS功率場效應(yīng)管一書，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(dá)100ns。這就好比你讓寶馬跑 160KM/h是很容易的事，讓夏利去就費(fèi)力了。在這個(gè)基礎(chǔ)上才談得上去調(diào)整驅(qū)動(dòng)速度。從成本來說，整套全橋脈沖變壓器驅(qū)動(dòng)線路成本都比不上諸如 M57962等等驅(qū)動(dòng)IC的一半價(jià)錢，線路又簡單，何樂而不為呢?這種驅(qū)動(dòng)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(shí)地線銅箔宜寬不宜窄，功率地到接地點(diǎn)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(dòng)電路有一個(gè)其他電路不具備的優(yōu)點(diǎn)，即永遠(yuǎn)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(shí)間 足夠就永不發(fā)生共同導(dǎo)通現(xiàn)象。而用驅(qū)動(dòng)片驅(qū)動(dòng)時(shí)，一旦PWM出錯(cuò)，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(nèi)保護(hù)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(huì)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(shí)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(yàn)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(jī)，效果良好。

控制取UC3846，直接驅(qū)動(dòng)脈沖變壓器。

主電路還是老一套，因?yàn)槿萘啃?，才用?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(dá)120微亨。二次逆變采用全橋輸出，開關(guān)管選擇IXYS公司的場效應(yīng)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(yīng)管全橋作為二次逆變?而不是通常的半橋IGBT逆變?

這是因?yàn)?

1、從靜態(tài)功耗上計(jì)算，盡管低壓場效應(yīng)管全橋是兩管串聯(lián)導(dǎo)通，但是低壓場效應(yīng)管導(dǎo)通電阻極低，相比之下壓降還是比IGBT要低，另外，低壓場效應(yīng)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(qū)動(dòng)電壓，達(dá)18V，正常情況下，場效應(yīng)管只須7V左右就可以了。但是要知道低壓場效應(yīng)管和高壓場效應(yīng)管是有區(qū)別的，他們的導(dǎo)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VGS的升高而持續(xù)降低。

2、場效應(yīng)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)?huì)使電感電流無處釋放，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(jī)效率顯著下降。低壓場效應(yīng)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(dǎo)通的方法提供電流通道(延長驅(qū)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(xù)性。這點(diǎn)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(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。