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探讨逆变焊机IGBT炸管的原因及保护措施

作者:时间:2013-12-04来源:网络收藏

限于对开关器件及主电路结构工作原理的理解及检测手段的缺乏,大功率开关器件工作的可靠性是整机设计的重中之重,是国产焊机的返修率居高不下,不能大量推广的主要原因。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/227678.htm

关键:电流、电压波形的检测及定量分析(具体的电路以半桥逆变手工400A焊机为例)

大侠 shery888的观点:

1 、电压型PWM控制器过流保护固有问题

目前国内常见的逆变弧焊机PWM控制器通常采用TL494、SG3525等电压 型集成芯片,电流反馈信号一般取自整流输出端。当输出电流信号由分流器检出电流与给定电流比较后,经比例积分放大器大,控制输出脉冲宽度。IGBT导通后,即使产生过电流,PWM控制电路也不可能及时关断正在导通的过流脉冲,由于系统存在延迟环节,过流保护时间将延长。

2、电流型过流保护

电流PWM控制电路反馈电流信号由高频变压器初级端通过电流互感器取得。由于电流信号 取自变压器初级,反应速度快,保护信号与正在流过IGBT的电流同步,一旦发生过流,PWM立即关断输出脉冲,IGBT获得及时保护。电流型PWM控制器 固有的逐个脉冲检测瞬时电流值的控制方式对输入电压和负载变化响应快,系统稳定性好。3、应用中电压型PWM确实占了大多数。

过流保护取样也可以从变压器初级取,通过互感线圈或霍尔传感器取得过流信号,比如控制3525的8脚。这点深圳瑞凌的焊机做的不错,可以很好保护开关管过流。

4、如何通过检测手段判断一种逆变电源的主电路是否可靠?

我认为可以从开关器件和主变压器的空载和负载状态下的电流电压波形来分析,从而针对性的调整开关器件参数及过流过压缓冲元件参数以及高频变压器的参数,难点在于如何选择匹配。

大侠 lyticast的观点:

九年前我就有电流型啦,到现在也没见几家有。 国内的研究人员只知道抄来抄去,有几个是在自主研发的?九年前的产品直到现在拿出来比较,居然还是数一数二的性能。 其实用的都是很普通的元件,关键是线路设计和制作工艺精良才保证了品质,这台焊机在一家防盗门厂用了九年,每天两班16个小时在用,标称130A的小机器 比现在标称200A的都好用,飞溅极少。电焊条都可以烧到4mm的,空载电压才48V而已,暂载率100%,重量也才10-5KG。当年我设计时是很保守的,光散热器就用4.5KG,还有输入滤波电感,也有1.6KG重,对电网一点干扰都没有。

当时应用的PWM IC是国内罕见的UC3846J,陶瓷封装的,工作频率100KHz,线路板颇难制作,电流反馈采用互感器采样峰值电流和霍尔采样平均电流,双环反馈。电流型控制的好处很多,峰值电流不仅仅是做保护用,更重要的,他参与了大环路反馈的控制。简单而言,就是用误差放大器的输出去控制峰值电流,因此可以做到半个周期(5微秒)内就可以作出响应,放大器的响应速度反而没那么重要了,尽管UC3846的误差放大器速度很快。有时为了得到比较慢的响应速度还特意减慢 放大器的响应速度,例如在进行氩弧焊时,过快的响应速度反而会使电弧特性变硬。但是,一台的好坏不仅仅是采用何种IC去控制,另外一个关键点就是驱动电路的参数。这个参数要根据主开关元件和输出整流二极管的特点来作调整,缓冲电路的配置也很重要。一台成功的焊机每一个环节都要做到完美,并不一定要 花很多钱,关键还是一个配合问题。国内的工程师知识面太窄,又缺乏技术交流,这样子会继续拉大与进口产品的差距,本人愿意把自己所知道的全部提供给大家, 以推动我国电力电子技术的发展。

在此给出一种典型的设计方法, 例如400A手工焊机:

手工焊机在所有逆变焊机中是最难做的一种,他的负载动态范围是最大的。

基本设计思路:电路极限值的工程估算

1、确定焊机容量,按公式计算有载电压=20+0。04*400=36V,计入整流管压降以及电缆压降取40V,空载电压取60V,这样主变匝比9(以输入380V三相计算) 。

2、估算初级峰值电流以确定主开关元件容量,取最大电流/匝比*120%=53A,查参数手册应选用75A,1200VIGBT(以主电路全桥计算),视不同厂家的IGBT工作频率可在22-28KHz之间选择。

3、主变的计算,过程略,大家都知道。

4、主控电路的确定,刚才说了,为保证主开关元件的安全和输出动特性,应采用电流型控制,UC3846或UC3825的资料请上网查寻。反馈还是老一套,电流互感器+霍尔。

5、驱动参数的确定。大家可能都会采用驱动IC,其实在输出电压不是很高的场合根本没必要,采用脉冲变压器单极性驱动就可以了,既便宜又可靠。驱动IC的负压主要是用在变频器之类的场合,为防止二极管恢复压而设置的,焊机就不存在这个问题, 用负压反而容易造成IGBT自锁而失效。

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关键词: 逆变焊机 IGBT
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