摘要：本文通過一個實際的中頻電阻焊機電源，分析了igbt在應(yīng)用中可能造成其損壞的原因，并利用硬件電路對電源中的igbt采取了相應(yīng)措施進行保護，以確保其安全可靠地工作。

關(guān)鍵詞：電阻焊；電源；igbt；保護

引言

電阻焊是一種重要的焊接工藝，具有生產(chǎn)效率高、成本低、節(jié)省材料和易于自動化等特點。中頻直流逆變電阻焊接電源作為一種新型的控制電源，以其顯著的高質(zhì)低耗的特點成為電阻焊電源的發(fā)展方向。

igbt是一種用mos管來控制晶體管的電力電子器件,具有電壓高、電流大、頻率高、導(dǎo)通電阻小等特點。但由于igbt的耐過流能力與耐過壓能力較差,一旦出現(xiàn)意外就容易損壞。為此,必須對igbt進行保護。本文從實際應(yīng)用出發(fā),總結(jié)了過壓、過流與過熱保護的相關(guān)問題和各種保護方法,實用性強,應(yīng)用效果好。

中頻電阻焊機逆變電源

中頻逆變直流電阻焊機的供電電源是由三相工頻交流電源經(jīng)整流電路和濾波電容轉(zhuǎn)換成直流電源，再經(jīng)由功率開關(guān)器件組成的逆變電路轉(zhuǎn)換成中頻方波電源，然后輸入變壓器降壓后，經(jīng)低管壓降的大功率二極管整流成直流電源，供給焊機的電極，對工件進行焊接(見圖1)�？刂齐娐凡糠钟蒬sp和cpld組成，dsp(tms320lf2407a)產(chǎn)生的pwm波和檢測信號、保護信號在cpld (epm7128s)里實現(xiàn)邏輯運算。　　

逆變器通常采用電流反饋實現(xiàn)pwm，以獲得穩(wěn)定的恒定電流輸出。電路原理和波形如圖1所示。圖中u電源為電源電壓，u初級為逆變器輸出中頻電壓，變壓器次級電流為i次級，控制pwm的脈寬可以控制i次級的大小。逆變電路采用全橋結(jié)構(gòu)，主要優(yōu)點是主變壓器工作效率高。其主電路由4個igbt和中頻變壓器組成，將直流電壓轉(zhuǎn)換成中頻方波交流電壓并送中頻變壓器，經(jīng)降壓整流濾波后輸出。電路的可靠來自igbt的穩(wěn)定運行。

保證igbt在安全工作范圍內(nèi)并處于較好狀態(tài)下，是提高整機可靠性的關(guān)鍵技術(shù)。而對igbt的保護，主要包括過電流保護、過電壓保護和igbt過熱保護。
　　
igbt的保護措施

igbt的過電流保護

igbt大功率管通常只能承受10ms以下的短路電流，當igbt遇到過流或短路時，若不加保護或保護不當，就會使igbt損壞。

m57962al是igbt專用驅(qū)動模塊，它采用雙電源驅(qū)動結(jié)構(gòu)，內(nèi)部集成有2500 v高隔離電壓的光耦合器和過電流保護電路，以及過電流保護輸出信號端子和與ttl電平相兼容的輸入接口。本文主要應(yīng)用m57962al來實現(xiàn)驅(qū)動和過電流保護功能，電路見圖2。

圖2所示的igbt驅(qū)動與保護電路的工作原理為：驅(qū)動信號輸入后，經(jīng)過高速光耦隔離,由m57962al內(nèi)置接口電路傳至功放級,在m57962al的5腳產(chǎn)生+15v開柵和-10v關(guān)柵電壓,驅(qū)動igbt導(dǎo)通與關(guān)斷。當過流發(fā)生時,igbt的uce會顯著高于正常導(dǎo)通值,飽和壓降一般為7v以上,就發(fā)生退飽和現(xiàn)象,此時，m57962al的保護電路檢測出igbt的柵極和集電極同為高電平，判斷系統(tǒng)過流，m57962al內(nèi)置定時器，通過關(guān)柵電路和降壓電路將短路電流鉗制在較低的值，同時發(fā)出故障信號，使8腳變?yōu)榈碗娖?(如為瞬間過流，且在10ms內(nèi)，1端回到低電平，則保護復(fù)位，電路恢復(fù)常態(tài))，輸出短路故障信號(低電平)，保護信號傳到控制電路，立即關(guān)閉pwm的輸出，即驅(qū)動信號關(guān)斷，從而起到保護igbt的作用。

igbt的過電壓保護

關(guān)斷igbt時，它的集電極電流下降率較高，極高的下降率將引起集電極過電壓。降低igbt集－射極間電壓uce的方法通常有兩種：一種是增大柵極電阻rg，但rg的增大將減緩igbt的開關(guān)速度，從而增加開關(guān)損耗，此方法不太理想；還有一種就是采用緩沖吸收電路(見圖3)。

吸收電容cs與電阻rs串聯(lián)后跨接在igbt的c、e兩端，就構(gòu)成了rc吸收電路。由于rs的串入，使igbt關(guān)斷時過電壓吸收效果較單電容緩沖電路要差，rs越大，吸收效果越差。所以，在緩沖吸收電路中，rs取值較小，這樣既有較好的吸收效果，同時對開通時的電流尖峰又有抑制作用。

igbt的過熱保護

由于igbt是大功率半導(dǎo)體器件,損耗功率使其發(fā)熱較多,加之igbt的結(jié)溫不能超過125℃，不宜長期工作在較高溫度下,因此要采取恰當?shù)纳岽胧┻M行過熱保護。

本文采用普通散熱器與強迫風冷相結(jié)合的措施,并在控制電路上加過熱檢測保護電路，應(yīng)付igbt與散熱器接觸不良或其它非正常情況。在igbt散熱片上安裝熱敏電阻，然后通過邏輯判斷電路給出信號，供控制電路處理(見圖4)。

u11為lm393an比較器，jp5處接上具有正溫度系數(shù)的熱敏電阻rt，thref為參考電壓，可以通過調(diào)節(jié)電位器rp8來調(diào)節(jié)動作門檻值。電路正常工作時，2點電位比3點電位低，1點輸出信號thp為高電平，thp信號在cpld(epm7128s)中與pwm信號相與；當器件溫度超過極限時，熱敏電阻值升高，2點電位高于3點電位，1點輸出低電平，經(jīng)cpld封鎖pwm脈沖信號，驅(qū)動輸出低電平，從而關(guān)斷igbt，實現(xiàn)過熱保護。