大功率弧焊逆变电源的IGBT保护技术

作者：时间：2009-07-09来源：网络收藏

　　IGBT关断时为反向偏置，对应安全工作区为反偏安全工作区RBSOA。除了电流电压边界外，另一边界为器件关断后的重加电压上升率。因此，电压变化率越大，安全工作区越小。实际上，这就是因为IGBT动态擎住效应的限制的缘故。所以在弧焊逆变电源的设计中，限制过电流和过电压、改善器件的运行特性以及降低功耗，都有重要的意义。在不同的工作状态下，保证IGBT在安全工作范围内并处于较好状态下，是提高整机可靠性的关键技术。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/181343.htm

3．IGBT的保护措施

　　由于其结构和安全工作区知IGBT的可靠与否主要由以下因素决定：

　　1、栅极与发射极电压

　　2、集电极与发射极电压

　　3、流过集电极的电流

　　4、IGBT的结温

　　以上的四个因素在工作环境恶劣的弧焊逆变电源中都是需要注意的，尤其是第二项和第三项是我们在设计保护电路中重点考虑的内容。

3.1　IGBT栅极的保护

　　IGBT的栅极－发射极驱动电压

的保证电压为

，因此在IGBT的驱动电路应当设置栅极压限幅电路；另外由于焊接电源设备工作环境非常恶劣，在运输或振动过程中可能会使栅极回路断开，这时如果电源设备开始工作，则随着集电极电位的变化，由于栅极与与集电极和发射极之间寄生电容的存在，使得栅极电位升高，集电极－发射极间有电流流过。这时若集电极和发射极处于高压状态时，会使IGBT发热，极易引起IGBT损坏。为防止此类情况发生，可在IGBT的栅极与发射极间并接一只的电阻，此电阻应尽量靠近栅极与发身极。如图3所示。

图3

3.2　集电极与发射极的过压保护

　　弧焊逆变电源进入焊接状态时，输出端即从空载转入接近短路状态，这时要求输出电流必须处于所需要的恒定状态。理论上，采用恒流闭环控制系统即可以控制电源的短路电流，但实际短路时，输出电压很低，即IGBT的工作脉宽很窄，才能保证输出电流恒定，这就造成了IGBT在很短的导通期间，吸收电容未分放电而马上关断，且因分布电感和漏感的影响，IGBT的关断是在承受较高的反压下进行的，极易使IGBT损坏，为了使IGBT 关断过电压能得到有效的抑制并减少关断损耗，需要给IGBT主电路设置关断缓冲吸收电路。IGBT的关断缓冲吸收电路分为充放电型和放电阻止型，从吸收过电压的能力上来说，充放电型效果较好，所以可在弧焊逆变电源中的IGBT过压保护缓冲电路可采用图4所示缓冲吸收电路：

图4

　　在此硬件电路的基础上，结合单片机的控制系统可检测输出电压低于某一设定值时，单片机便认为负载电弧是处于短路状态，这时单片机便对IGBT的最小脉冲宽度进行限制，以保证吸收电容有足够的放电时间，从而降低IGBT的关断反向电压。同时为保证输出电流恒定，单片机在判断输出为短路时将逆变器的等脉冲宽度调节（PWM）变为频率调节控制（PFM），即脉冲分频控制，输出电压越低，输出脉冲的频率越低。其单片机程序过程如图5所示：

　　这与传统的简单限流或直接关闭IGBT的控制方式有本质的区别，它是利用单片机的智能性改变其工作方式来保护IGBT的安全，从而可靠的保证IGBT的安全。