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淺談逆變焊機IGBT炸管原因
雙擊自動滾屏 發布者:admin 發布時間:2014-10-10 閱讀:3812

現階段人們普遍關注的IGBT炸管,很大一部分是由於目前大家對開關器件及主電路結構工作原理的理解及檢測手段的缺乏所造成的。但另一方麵大功率逆變焊機開關器件工作的可靠性是整機設計的重中之重,也是關乎一台焊機能否取勝市場的重中之重,但是正是由於之前所說的對這方麵理解的缺乏,以及檢測手段的不完善,導致了國產IGBT逆變焊機的返修率居高不下。

下麵og真人遊戲就具體的以IGBT電流,電壓波形的檢測及定量分析,具體的電路以半橋逆變手工400A焊機為例進行分析。

1、電壓型PWM控製器過流保護固有問題

目前國內常見的IGBT逆變弧焊機PWM控製器通常采用TL494SG3525等電壓型集成芯片,電流反饋信號一般取自整流輸出端。當輸出電流信號由分流器檢出電流與給定電流比較後,經比例積分放大器放大,控製輸出脈衝寬度。IGBT導通後,即使產生過電流,PWM控製電路也不可能及時關斷正在導通的過流脈衝。由於係統存在延遲環節,過流保護時間將延長。

2、電流型過流保護

電流型PWM控製電路反饋電流信號由高頻變壓器初級端通過電流互感器取得。由於電流信號取自變壓器初級,反應速度快,保護信號與正在流過IGBT的電流同步,一旦發生過流,PWM立即關斷輸出脈衝,IGBT獲得及時保護。電流型PWM控製器固有的逐個脈衝檢測瞬時電流值的控製方式對輸入電壓和負載變化響應快,係統穩定性好

隻要IGBT功率餘量足夠大,電壓型PWM電路可靠性基本上沒有什麽問題,但是相對的成本也提高了很多!但就目前來說,電焊機大多數是電流型的且輸出電壓並不穩定!保護器誤操作的情況也經常發生,所以針對這種情況電流型比較適合當今的中國市場,可以滿足絕大部分的需要!

下麵og真人遊戲來分析一下電流型的,以PWM ICUC3846J為例,陶瓷封裝的,工作頻率100KHz。(電流型的,線路板相對而言要難製作很多)電流反饋采用互感器采樣峰值電流和霍爾采樣平均電流,雙環反饋。電流型控製的好處很多,峰值電流不僅僅是做保護用,更重要的,他參與了大環路反饋的控製。簡單而言,就是用誤差放大器的輸出去控製峰值電流,因此可以做到半個周期(5微秒)內就可以作出響應,放大器的響應速度反而沒那麽重要了,盡管UC3846的誤差放大器速度很快。有時為了得到比較慢的響應速度還特意減慢放大器的響應速度,例如在進行氬弧焊時,過快的響應速度反而會使電弧特性變硬。但是,一台逆變焊機的好壞不僅僅是采用何種IC去控製,另外一個關鍵點就是驅動電路的參數。這個參數要根據主開關元件和輸出整流二極管的特點來作調整,緩衝電路的配置也很重要。一台成功的逆變焊機每一個環節都要做到完美,也就是說單個元件並不是要花很多錢,關鍵還是一個配合問題,要考慮整個焊機的協調性能和各個元件之間的配合度。目前來說,很多國內的焊接廠商和這方麵的技術工程師,反而忽略了這一點,單純追求某方麵的性能優越,缺乏部門同事之間的配合,做出來的產品雖然在某些方麵性能確實是非常優越,但整機方麵就有待加強了!力仕達機電科技有限公司很好的避免了這一點,og真人遊戲結合10多年的焊接經驗,參考了大量的國外國內的資料,進行了充分的交流和溝通,相信力仕達公司的逆變焊機在整機的性能上可以更上一個台階。

例如:400A手工焊機。

手工焊機在所有逆變焊機中是最難做的一種,他的負載動態範圍是最大的。

基本設計思路:電路極限值的工程估算

1)確定焊機容量,按公式計算有空載電壓=200.0440036V,計入整流管壓降以及電纜壓降取40V。空載電壓取60V,這樣主變匝比9(以輸入380V三相計算)

2)估算初級峰值電流以確定主開關元件容量,取最大電流/匝比*120%=53A,查參數手冊應選用75A1200VIGBT(以主電路全橋計算)。視不同廠家的IGBT工作頻率可在2228KHz之間選擇。

3)主變的計算,過程略。大家都知道。

4)主控電路的確定,剛才說了,為保證主開關元件的安全和輸出動特性,應采用電流型控製,UC3846UC3825的資料請上網查尋。反饋還是老一套,電流互感器+霍爾。

5)驅動參數的確定。大家可能都會采用驅動IC吧?其實在輸出電壓不是很高的場合根本沒必要,采用脈衝變壓器單極性驅動就可以了,既便宜又可靠。驅動IC的負壓主要是用在變頻器之類的場合,為防止二極管恢複壓而設置的,焊機就不存在這個問題,用負壓反而容易造成IGBT自鎖而失效。

6)柵電阻的取值。在主變內穿一根線,再接入示波器觀察,此時應用調壓器降低輸入電壓,將輸出短路。看電壓尖峰是在前沿還是後沿,後沿的尖峰高表明整流管的恢複速度慢了,需要降低IGBT的導通速度,前沿尖峰過高表明IGBT關斷速度過快,也應該降低關斷速度。

7)緩衝電路。初級用RC回路直接接入主變兩端,接入點盡量靠近IGBT,次級也用RC回路,接於二極管兩端。

一般來講,大功率最好選擇全橋電路,主開關元件開關應力最小。單向偏磁在電流型IC的控製下不複存在,主變連接時無需隔直電容。注意:電流型控製不能用於半橋電路!

電感的確定:正常情況下按3000f(KHz)=微亨來計算。例如100KHz30微亨,25KHz120微亨。製作電感時注意電感電流容量以及磁通是否會飽和,一旦磁通飽和的話,不會燒IGBT,但是電弧特性明顯變差,嚴重時將會頻繁斷弧。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,繞滿時電感量就約為170微亨。采用此方法製作的手工焊機電弧穩定,起弧容易,電流不過衝。最大程度的保證了焊接工藝的穩定。這隻是一個例子,大家可以在此基礎上再發展出其他品種的焊機,例如CO2焊機,隻要把送絲機的速度控製改成弧長反饋就可以得到變速送絲CO2焊機,他將具有下降特性的所有優點,最明顯的就是飛濺極小,是因為短路時無過衝電流而得到的。改變UC3846放大器的參數,甚至還可以做到短路過渡時電流為一個很小的值,短路恢複後立刻起弧,進入下一個過程。

最頂級的做法就是像采用電弧功率反饋控製送絲機,當時采用的ICUC3825,接成電壓型線路,輔以同步短路電流控製。當時的乘法器為了節省成本沒有使用AD532,而是別出心裁使用了SG3525作為數字乘法器。實踐證明性能優秀,是毫不遜色於AD532,溫度穩定性和零點還優於激光調零的AD532。推力是指熔滴短路過渡時電流推動熔滴進入熔池的力量,電流太小將會造成粘結,過大時又會造成飛濺。不過通常情況下,隻有當焊接電流小小的時侯作用才明顯。實現一般是采用短路電流限製法實現。

不過,電流型PWM的印刷版走線是很講究的,要注意地線的走向和接地點的選擇。通常來說,要避免功率地和信號地平行走線。對於UC3846來說,接地點是應該接在高頻退耦電容的地端,用星型接地法,使地線呈放射狀散開,另外因為UC3846的功率地和信號地是共用的,所以高頻退耦電容還應該盡量貼近IC的接地端安裝。這個高頻退耦電容通常使用1微法的聚丙烯疊層電容為最好。高頻應用時,UC3846是可以直接驅動脈衝變壓器的,電路比較簡單,如果是要帶功率擴展的話,最好是在他的輸出端對地反接一個肖特基二極管,防止地電位變負。注意:UC3846是高敏感度IC,他的內部有多個超高速放大器。他的安裝位置要遠離幹擾源,必要時,使用矽鋼片屏蔽罩也是一個不錯的選擇。UC3846的外圍電路

關於絕緣柵類的開關元件其驅動電路的關斷速度均需很快,開關元件的開關速度靠調整柵級電阻來調整。其典型驅動電路請參照MOTOROLA公司的專著--TMOS功率場效應管一書,他是采用二極管單向整流,PNP晶體管放電關斷的辦法,速度很快。典型值可達100ns。這就好比你讓寶馬跑160KM/h是很容易的事,讓夏利去就費力了。在這個基礎上才談得上去調整驅動速度。從成本來說,整套全橋脈衝變壓器驅動線路成本都比不上諸如M57962等等驅動IC的一半價錢,線路又簡單,何樂而不為呢?這種驅動電路對MOSIGBT都通用。

新出的UC3825就比較容易布線。他的功率地和信號地是分開的。用UC3846時地線銅箔宜寬不宜窄,功率地到接地點走線越短越好。此外還需要將線路板的銅箔加厚,盡可能的減少地電阻和地電感。有條件的可以采用三層板,中間層作為地線層,性能可以大幅度提高。

脈衝變壓器驅動電路有一個其他電路不具備的優點,即永遠不可能出現橋臂直通現象。脈衝變壓器不可能將四路電平全部出高,隻能是交替出高電平,隻要死區時間足夠就永不發生共同導通現象。而用驅動片驅動時,一旦PWM出錯,極有可能兩路全高造成橋臂直通(常有的事),瞬間就會造成IGBT自鎖,這時候片內保護電路是無能為力的,隻能傻傻的看著IGBT炸掉。就算不至於自鎖也會發生二次擊穿(IGBT也有二次擊穿,隻不過耐量比GTR高得多,他本質上還是GTRMOSFET也有,但是比SOA寬得多,一般隻是在極高的電壓瞬變時發生,典型值為30Vns,一般不予考慮),結果也是一樣。

用單管IGBT注意散熱問題,千萬不要在管子後麵加一張絕緣片就完事,要采用熱緩衝的辦法,先固定在厚銅塊或鋁塊上,再大麵積絕緣安裝,否則短時間過熱就可以放鞭炮。 

 
 


     

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