國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)逆變焊機(jī)IGBT炸管的原因及保護(hù)措施

1、（國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)）逆變焊機(jī)IGBT炸管的原因及保護(hù)措施20XX年XX月峯年的企業(yè)咨詢咸問(wèn)經(jīng)驗(yàn).經(jīng)過(guò)實(shí)戰(zhàn)驗(yàn)證可以藩地執(zhí)行的卓越萱理方案.值得您下載擁有逆變焊機(jī)IGBT炸管的原因及保護(hù)措施限于對(duì)開(kāi)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(kāi)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(guó)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)壹二。1電壓型PWM控制器過(guò)流保護(hù)固有問(wèn)題目前國(guó)內(nèi)常見(jiàn)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)壹般取自整流輸出端。 當(dāng)輸出電流信號(hào)由分流器檢出電流和給定電流比較后，經(jīng)

2、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(guò)電 流，PWM控制電路也不可能及時(shí)關(guān)斷正于導(dǎo)通的過(guò)流脈沖。由 于系統(tǒng)存于延遲環(huán)節(jié)，過(guò)流保護(hù)時(shí)間將延長(zhǎng)。2電流型過(guò)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(guò)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)和正于流過(guò)IGBT的電流同步，壹旦發(fā)生過(guò)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)，于實(shí)際應(yīng)用中電壓型 PWM確實(shí)占了大多數(shù).但 過(guò)流保護(hù)取樣也能夠從變壓器初級(jí)取 ，通過(guò)

3、互感線圈或霍爾傳感 器取得過(guò)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),能夠很好保護(hù)開(kāi)關(guān)管過(guò)流.如何通過(guò)檢測(cè)手段判斷壹種逆變電源的主電路是否可靠，我認(rèn)為能夠從開(kāi)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(lái)分析從而針對(duì)性的調(diào)整開(kāi)關(guān)器件參數(shù)及過(guò)流過(guò)壓緩沖元件 參數(shù)以及高頻變壓器的參數(shù)，難點(diǎn)于于如何選擇匹配.其實(shí)用的均是很普通的元件，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)于壹家防盜門廠用了九年，每天倆班16個(gè)小時(shí)于用，標(biāo)稱130A的小機(jī)器比當(dāng)下標(biāo)稱 200A的均好用， 飛濺極少。電焊條均能夠燒到4mm的，空載電壓才48V而已。暫載率100 %，重量也才10.5K

4、G。當(dāng)年我設(shè)計(jì)時(shí)是很保守的， 光散熱器就用了 4.5KG，仍有輸入濾波電感，也有1.6KG重，對(duì) 電網(wǎng)壹點(diǎn)干擾均沒(méi)有。當(dāng)時(shí)應(yīng)用的PWMIC是國(guó)內(nèi)罕見(jiàn)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，他參和了大環(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 此能夠做到半個(gè)周期（5微秒）內(nèi)就能夠作出響應(yīng)，放大器的響 應(yīng)速度反而沒(méi)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)速度仍特意減慢放大器的響應(yīng)速

5、度，例如于進(jìn)行氬弧焊時(shí)，過(guò)快的響應(yīng)速度反而會(huì)使電弧特性變 硬?？墒牵寂_(tái)逆變焊機(jī)的好壞不僅僅是采用何種IC去控制，另外壹個(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(kāi)關(guān)元件和輸出整流二極管的特點(diǎn)來(lái)作調(diào)整，緩沖電路的配置也很重要。 壹臺(tái)成功的焊機(jī)每壹個(gè)環(huán)節(jié)均要做到完美，且不壹定要花很多 錢，關(guān)鍵仍是壹個(gè)配合問(wèn)題。國(guó)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)拉大和進(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(guó)電力電子技術(shù)的發(fā)展。 給出壹種典型的設(shè)計(jì)方法。例如：400A手工焊機(jī)。手工焊機(jī)于所有逆變焊機(jī)中是最難做的壹種，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

6、的工程估算1。 確定焊機(jī)容量，按公式計(jì)算有載電壓= 20 + 0.04卞400 = 36 V，計(jì)入整流管壓降以及電纜壓降取 40V?？蛰d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(kāi)關(guān)元件容量，取最大電流/匝比* 120 %= 53A，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工作頻率可于22 - 28KHZ 之間選擇。3。主變的計(jì)算，過(guò)程略。大家均知道。4。主控電路的確定，剛才說(shuō)了，為保證主開(kāi)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。反饋仍是老壹套，

7、電流互感器+霍爾。5。 驅(qū)動(dòng)參數(shù)的確定。大家可能均會(huì)采用驅(qū)動(dòng)IC吧？其實(shí)于輸出 電壓不是很高的場(chǎng)合根本沒(méi)必要，采用脈沖變壓器單極性驅(qū)動(dòng)就能夠了，既便宜又可靠。驅(qū)動(dòng)IC的負(fù)壓主要是用于變頻器之類的 場(chǎng)合，為防止二極管恢復(fù)壓而設(shè)置的，焊機(jī)就不存于這個(gè)問(wèn)題， 用負(fù)壓反而容易造成IGBT自鎖而失效。6。柵電阻的取值。于主變內(nèi)穿壹根線，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。見(jiàn)電壓尖峰是于前沿 仍是后沿，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(guò)高表明IGBT關(guān)斷速度過(guò)快，也應(yīng) 該降低關(guān)斷速度。7。緩沖電路。初級(jí)用RC回路直接接入主變倆端， 接入點(diǎn)

8、盡量靠 近IGBT，次級(jí)也用RC回路，接于二極管倆端。壹般來(lái)講，大功率最好選擇全橋電路，主開(kāi)關(guān)元件開(kāi)關(guān)應(yīng)力最小。 單向偏磁于電流型IC的控制下不復(fù)存于，主變連接時(shí)無(wú)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(lái)計(jì)算。例如1 OOKHz , 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，壹旦磁通飽和的話，不會(huì)燒IGBT ,可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伙60伙200的矩形鐵芯，用4伙10的絲包 扁銅線立繞，繞滿時(shí)電感量就約為170微

9、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(guò)沖。最大程度的保證了焊接工藝的穩(wěn)定。大家能夠于此基礎(chǔ)上再發(fā)展出其他品種的焊 機(jī)，例如C02焊機(jī)，只要把送絲機(jī)的速度控制改成弧長(zhǎng)反饋就 能夠得到變速送絲C02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(wú)過(guò)沖電流而得到的。改 變UC3846放大器的參數(shù)，甚至仍能夠做到短路過(guò)渡時(shí)電流為壹 個(gè)很小的值，短路恢復(fù)后立刻起弧，進(jìn)入下壹個(gè)過(guò)程。最頂級(jí)的做法就是像我壹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(méi)有使用AD532，而是別出心裁使

10、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)仍優(yōu)于激光調(diào)零的AD532。我曾經(jīng)仿制過(guò)威特力ZX7-500焊機(jī)，可是經(jīng)常炸IGBT，它采用 全橋電路，2只SIMENS100AIGBT,整流二極管是 MUR20040. 主變壓器材用4對(duì)EE55core,（有點(diǎn)記不清了）。電抗器采用矽鋼 片。？PWMIC 是3525，驅(qū)動(dòng)使用 4個(gè)57959。能否幫我分析壹下可能的原因？如果需要，我把原理圖傳上來(lái)！ ！再請(qǐng)教壹個(gè)問(wèn)題，主變壓器壹般怎樣設(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壹樣，只是因

11、為是方波，系數(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 %）* 10 - e8/（4*頻率*磁感應(yīng)強(qiáng)度（20KHz常取2 OOOGs ）*磁芯截面積）。主變的尺寸主要是見(jiàn)暫載率。它決定了線包的的截面積。壹般來(lái)講有風(fēng)冷的主變電流密度取 4 - 5A / mm2，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)線包通常繞于里面，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 箔且不是很合適，即使用多層相互絕緣的銅箔也無(wú)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)銅板溫度就能夠超過(guò) 130度。此

12、時(shí)用絲包線成為最佳選擇。絲包線其實(shí)不很貴，貴只 是貴于多股細(xì)絲絞合線。用 0.2mm 之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(guò)小的磁芯將會(huì)造成功率無(wú)法輸出。象500A級(jí)的主變通常要用到EE128的磁芯倆副才有較好的性能。暫載率是指工作周期內(nèi)工作時(shí)間占的比例，按國(guó)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(shuō)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