大功率弧焊逆變電源的IGBT保護技術

摘要：本文通過分析IGBT的結構及其安全工作區，解釋了在實際應用中可能造成其損壞的原因，并利用硬件電路結合單片機的控制程序對弧焊逆變電源的IGBT采取相應措施進行保護，從而確保了IGBT安全可靠的工作。 敘詞：IGBT　保護　弧焊 Abstract：The reasons of IGBT damaged in application are explained by analyzing structure and safety work areas of IGBT. The fitting measures to protection to the IGBT of the arc-welding inverter power are also carried by using the hardware electric circuit and the controlling procedures of singlechip. These measures above are proved to be effective Keyword：IGBT protection the arc-welding
1　引 言

　　弧焊逆變電源廣泛應用于造船、機械、汽車、電力、化工、石油、輕工業、航天、國防工業等部門。近年來大功率電力電子器件IGBT以其獨特的優點受到眾多廠家的青睞，并逐步應用于現代弧焊逆變電源中。然而弧焊逆變電源工作環境惡劣，其負載決定了其工作電流變化劇烈，如果我們對IGBT性能和特點存在模糊認識并且在控制方法和保護技術等方面未采取有效的措施，則很有可能會損壞IGBT，從而使人們開始懷疑IGBT的質量是否真正符合資料上所列出的各項參數。本文針對以上問題介紹了一種應用電路硬件保護和單片機控制程序保護相結合的方法來對IGBT進行有效的保護。

2．IGBT 的工作原理

2.1　IGBT結構

　　IGBT結構上與MOSFET十分相似，只是多了一個

層，引出作為發射極，柵極、集電極與MOSFET完全相似。其簡化等效電路如圖1所示。

圖1

　　IGBT的工作原理：IGBT由柵極電壓正負來控制。當加上正柵極電壓時，絕緣柵下形成溝道，MOSFET導通，相當于

接到E，為PNP晶體管提供了流動的基極電流，從而使PNP管（即整個IGBT）導通。當加上負柵極電壓時，IGBT工作過程相反，形成關斷。

2.2　IGBT安全工作區

　　在IGBT開關過程中，大電流和大電壓的重疊造成主要的功耗，同時承受較高的di/dt和dv/dt即電流電壓應力。特別是運行在PWM硬開關狀態下，這是影響可靠性的重要原因。為了保證其安全可靠的工作，不僅有電流電壓的限制，還必需使其動態過程的運行軌跡在安全工作區內。如圖2所示，正偏安全工作區FBSOA是指柵極加正向電壓時的安全工作區，對應于導通狀態。三條邊界分別對應允許電流、允許電壓和允許功耗。隨著導通時間增長，功耗和溫升增加，安全工作區縮小。