大功率弧焊逆變電源的IGBT保護(hù)技術(shù)

　　過流對(duì)IGBT來說，是產(chǎn)生原因最復(fù)雜、發(fā)生次數(shù)最多、損壞概率最高的事件，也是國(guó)內(nèi)弧焊逆變電源容易損壞的主要原因。IGBT正常工作時(shí)，導(dǎo)通期間的電流包括開通時(shí)的尖峰、折算到原邊的焊接電流和關(guān)斷時(shí)的拖尾電流。在設(shè)計(jì)IGBT的過流保護(hù)時(shí)，主要可采取以下三條措施：首先選擇IGBT器件時(shí)，使其最大工作電流只占IGBT

的30%左右，其目的就是要使IGBT的安全工作區(qū)盡可能在一些，以避免IGBT的擎住效應(yīng)；其次針對(duì)元器件失效等偶發(fā)性故障，如輸出失控、IGBT損壞、功率變壓器擊穿、短路、高頻整流快恢復(fù)二極管損壞引起的過電流行為，應(yīng)設(shè)計(jì)保護(hù)電路為立即保護(hù)型。即保護(hù)電路動(dòng)作后，切斷供電電源，停止逆變電源工作；最后，對(duì)元器件并沒有失效，而是由于某種其它原因如負(fù)載突然加大造成的過流，可嘗試采用一種慢降柵壓的電路來實(shí)現(xiàn)如圖6：

圖6

　　正常工作時(shí)，因故障檢測(cè)二極管的導(dǎo)通，將a點(diǎn)的電壓鉗位在穩(wěn)壓二極管的擊穿電壓以下，晶體管始終保持截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)電路發(fā)生過流或短路故障時(shí)，上的上升，a電壓隨之上升，到一定值時(shí)，擊穿，通，b點(diǎn)電壓下降，電容通過電阻充電，電容電壓從零開始上升，當(dāng)電容電壓上升約1.4V時(shí)，晶體管開通，柵極電壓隨電容電壓的上升而下降，通過調(diào)節(jié)的數(shù)值，可控制電容的充電速度，進(jìn)而控制的下降速度；當(dāng)電容電壓上升到穩(wěn)壓二極管的擊穿電壓時(shí)，擊穿，被鉗位在一固定的數(shù)值上，慢降柵壓過程結(jié)束，同時(shí)驅(qū)動(dòng)電路通過光耦輸出過流信號(hào)傳送至單片機(jī)，此時(shí)單片機(jī)發(fā)出聲光報(bào)警并開始運(yùn)行延時(shí)程序。如果在單片機(jī)的延時(shí)過程中，故障信號(hào)消失了，則a點(diǎn)電壓降低，恢復(fù)載止，通過放電，d點(diǎn)電壓升高，也恢復(fù)截止，上升，電路恢復(fù)正常工作狀態(tài)，單片機(jī)自動(dòng)進(jìn)行復(fù)位。如果單片機(jī)在延時(shí)結(jié)束后，故障信號(hào)仍存在則由單片機(jī)切斷所有IGBT的輸入脈沖，設(shè)備停止工作，此時(shí)要通過手動(dòng)復(fù)位才能恢復(fù)正常工作。這種電路既能保護(hù)逆變電路和IGBT的安全，又不會(huì)在瞬時(shí)過流時(shí)中斷逆變電源工作所以是一種非常有效的保護(hù)方式。

3.4　過熱保護(hù)
　　
　　在焊接工作時(shí)由于工作環(huán)境惡劣，流過IGBT電流很大，并且開關(guān)頻率較高，所以器件的損耗也較大，如果熱量不能及時(shí)散掉，使結(jié)溫 超過 ，則會(huì)引起IGBT的損壞，在熱設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮在短路和過載時(shí)，IGBT也不能過熱而損壞。適當(dāng)加大散熱系統(tǒng)是保護(hù)焊接電源正常工作的必要條件，但由于散熱系統(tǒng)不可能無限制擴(kuò)大，所以要在靠近IGBT處安裝一溫度繼電器來檢測(cè)IGBT的工作溫度。當(dāng)溫度超過所設(shè)定的最高溫度時(shí)切斷IGBT的輸入，保護(hù)其安全。

4　結(jié)語

　　本文介紹了利用硬件保護(hù)電路并結(jié)合單片機(jī)的程序?qū)『改孀冸娫粗蠭GBT進(jìn)行保護(hù)的方法和措施。該方法不僅從硬件電路上設(shè)計(jì)了可靠的保護(hù)電路，而且還利用單片機(jī)的程序來對(duì)設(shè)備工作狀態(tài)進(jìn)行判斷后選擇工作方式來間接對(duì)IGBT進(jìn)行保護(hù)，這樣不僅保護(hù)了IGBT的安全還保證了該電源即使在惡劣的環(huán)境的中也能可靠穩(wěn)定的工作。所以在實(shí)際應(yīng)用中只要我們考慮到IGBT的不同容量、型號(hào)并參考以上方法采取相應(yīng)的保護(hù)措施就可以達(dá)到滿意的效果。