逆變焊機(jī)igbt炸管的原因與保護(hù)措施

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。希望各位高手能為指點(diǎn)一二。1電壓型PWM控制器過流保護(hù)固有問題 目前國內(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) 電流型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. 同意老兄的觀點(diǎn),在實(shí)際應(yīng)用中電壓型PWM確實(shí)占了大多數(shù).但過流保護(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. 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.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，光散熱器就用了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)我國電力電子技術(shù)的發(fā)展。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200.0440036V，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12053A，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2228KHz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吧？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。 6。柵電阻的取值。在主變內(nèi)穿一根線，再接入示波器觀察，此時(shí)應(yīng)用調(diào)壓器降低輸入電壓，將輸出短路?？措妷杭夥迨窃谇把剡€是后沿，后沿的尖峰高表明整流管的恢復(fù)速度慢了，需要降低IGBT的導(dǎo)通速度，前沿尖峰過高表明IGBT關(guān)斷速度過快，也應(yīng)該降低關(guān)斷速度。 7。緩沖電路。初級(jí)用RC回路直接接入主變兩端，接入點(diǎn)盡量靠近IGBT，次級(jí)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3000f(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。120170微亨，400A的電感采用6060200的矩形鐵芯，用410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(zhǎng)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。最頂級(jí)的做法就是像我一樣采用電弧功率反饋控制送絲機(jī)，當(dāng)時(shí)采用的IC是UC3825，接成電壓型線路，輔以同步短路電流控制。當(dāng)時(shí)的乘法器為了節(jié)省成本沒有使用AD532，而是別出心裁使用了SG3525作為數(shù)字乘法器。實(shí)踐證明性能優(yōu)秀，是毫不遜色于AD532，溫度穩(wěn)定性和零點(diǎn)還優(yōu)于激光調(diào)零的AD532。我曾經(jīng)仿制過威特力ZX7-500焊機(jī)， 可是經(jīng)常炸IGBT， 它采用全橋電路，2 只SIMENS 100A IGBT,整流二極管是MUR20040. 主變壓器材用4對(duì)EE55 core,(有點(diǎn)記不清了）。 電抗器采用矽鋼片。?PWM IC 是3525， 驅(qū)動(dòng)使用4個(gè)57959。 能否幫我分析一下可能的原因？ 如果需要， 我把原理圖傳上來！ 再請(qǐng)教一個(gè)問題， 主變壓器一般怎樣設(shè)計(jì)， 包括計(jì)算和制作工藝。你是從里到外全部仿照威特力的嗎？包括工藝？主變壓器的計(jì)算方法和普通工頻變壓器一樣，只是因?yàn)槭欠讲ǎ禂?shù)不是4.44,要改為4而已。公式為：最少匝數(shù)最高電源電壓最大占空比（常取90）10e8/(4*頻率磁感應(yīng)強(qiáng)度（20KHz常取2000Gs）磁芯截面積）。主變的尺寸主要是看暫載率。它決定了線包的的截面積。一般來講有風(fēng)冷的主變電流密度取45Amm2，截面積確定以后根據(jù)暫載率的高低再進(jìn)行調(diào)整。乘以系數(shù)，其值為暫載率的平方根。初級(jí)線包通常繞在里面，以使用銅箔為最方便。次級(jí)線包由于高頻大電流的集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，用銅箔并不是很合適，即使用多層相互絕緣的銅箔也無濟(jì)于事。威特力的主變工作于滿載時(shí)，只要5分鐘，次級(jí)銅板溫度就可以超過130度。此時(shí)用絲包線成為最佳選擇。絲包線其實(shí)不很貴，貴只是貴在多股細(xì)絲絞合線。用0.2mm以上的漆包線絞制的絲包線比漆包線貴不了多少。逆變焊機(jī)里面軟件最重要的是控制方式，硬件里面最重要的就是主變了。另外，20KHz的主變其尺寸不宜太小，過小的磁芯將會(huì)造成功率無法輸出。象500A級(jí)的主變通常要用到EE128的磁芯兩副才有較好的性能。暫載率是指工作周期內(nèi)工作時(shí)間占的比例，按國家標(biāo)準(zhǔn)工作周期是按10分鐘計(jì)算，實(shí)際工作幾分鐘就說暫載率是百分之幾十。實(shí)際上這個(gè)指標(biāo)當(dāng)初是針對(duì)工頻焊機(jī)的。逆變焊機(jī)的熱容量不大，按暫載率去減少原料不是很合適，尤其是主變壓器。工人可不會(huì)按你的標(biāo)稱暫載率去使用，例如標(biāo)稱60暫載率的焊機(jī)，你不能指望工人用6分鐘，再休息4分鐘。所以縮小的主變和散熱器很容易過熱。經(jīng)常有這樣的情況，焊機(jī)作負(fù)載試驗(yàn)沒問題，一到實(shí)際場(chǎng)合就出洋相，多少都有這個(gè)原因。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(jí)電阻來調(diào)整。其典型驅(qū)動(dòng)電路請(qǐng)參照MOTOROLA公司的專著TMOS功率場(chǎng)效應(yīng)管一書，他是采