探討逆變焊機IGBT炸管的原因及保護措施

限于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，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，是國產IGBT焊機的返修率居高不下，不能大量推廣的主要原因。

關鍵：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)

大俠 shery888的觀點：

1 、電壓型PWM控制器過流保護固有問題

目前國內常見的IGBT逆變弧焊機PWM控制器通常采用TL494、SG3525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后，經比例積分放大器大，控制輸出脈沖寬度。IGBT導通后，即使產生過電流，PWM控制電路也不可能及時關斷正在導通的過流脈沖，由于系統存在延遲環節，過流保護時間將延長。

2、電流型過流保護

電流PWM控制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。由于電流信號 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立即關斷輸出脈沖，IGBT獲得及時保護。電流型PWM控制器 固有的逐個脈沖檢測瞬時電流值的控制方式對輸入電壓和負載變化響應快，系統穩定性好。3、應用中電壓型PWM確實占了大多數。

過流保護取樣也可以從變壓器初級取，通過互感線圈或霍爾傳感器取得過流信號，比如控制3525的8腳。這點深圳瑞凌的焊機做的不錯，可以很好保護開關管過流。

4、如何通過檢測手段判斷一種逆變電源的主電路是否可靠?

我認為可以從開關器件和主變壓器的空載和負載狀態下的電流電壓波形來分析，從而針對性的調整開關器件參數及過流過壓緩沖元件參數以及高頻變壓器的參數，難點在于如何選擇匹配。

大俠 lyticast的觀點：

九年前我就有電流型逆變焊機啦，到現在也沒見幾家有。 國內的研究人員只知道抄來抄去，有幾個是在自主研發的?九年前的產品直到現在拿出來比較，居然還是數一數二的性能。 其實用的都是很普通的元件，關鍵是線路設計和制作工藝精良才保證了品質，這臺焊機在一家防盜門廠用了九年，每天兩班16個小時在用，標稱130A的小機器 比現在標稱200A的都好用，飛濺極少。電焊條都可以燒到4mm的，空載電壓才48V而已，暫載率100%，重量也才10-5KG。當年我設計時是很保守的，光散熱器就用4.5KG，還有輸入濾波電感，也有1.6KG重，對電網一點干擾都沒有。

當時應用的PWM IC是國內罕見的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，雙環反饋。電流型控制的好處很多，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制。簡單而言，就是用誤差放大器的輸出去控制峰值電流，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么重要了，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，一臺逆變焊機的好壞不僅僅是采用何種IC去控制，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，緩沖電路的配置也很重要。一臺成功的焊機每一個環節都要做到完美，并不一定要 花很多錢，關鍵還是一個配合問題。國內的工程師知識面太窄，又缺乏技術交流，這樣子會繼續拉大與進口產品的差距，本人愿意把自己所知道的全部提供給大家， 以推動我國電力電子技術的發展。

在此給出一種典型的設計方法， 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，他的負載動態范圍是最大的。

基本設計思路：電路極限值的工程估算

1、確定焊機容量，按公式計算有載電壓=20+0。04*400=36V，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75A，1200VIGBT(以主電路全橋計算)，視不同廠家的IGBT工作頻率可在22-28KHz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，應采用電流型控制，UC3846或UC3825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，其實在輸出電壓不是很高的場合根本沒必要，采用脈沖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，為防止二極管恢復壓而設置的，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。