《国家标准》逆变焊机IGBT炸管的原因及保护措施
?逆变焊机IGBT炸管的原因及保护措施
限于对开关器件及主电路结构工作原理的理解及检测手段的缺乏，大功率逆变焊机开关器件工作的可靠性是整机设计的重中之重，是国产IGBT焊机的返修率居高不下，不能大量推广的主要原因。希望各位高手能为指点一二。
1电压型PWM控制器过流保护固有问题
目前国内常见的IGBT逆变弧焊机PWM控制器通常采用T L494、SG3525等电压型集成芯片，电流反馈信号一般取自整流输出端。当输出电流信号由分流器检出电流与给定电流比较后，经比例积分放大器大，控制输出脉冲宽度。IGBT导通后，即使产生过电流，PWM控制电路也不可能及时关断正在导通的过流脉冲。由于系统存在延迟环节，过流保护时间将延长。
2电流型过流保护
电流型PWM控制电路反馈电流信号由高频变压器初级端通过电流互感器取得。由于电流信号取自变压器初级，反应速度快，保护信号与正在流过IGBT的电流同步，一旦发生过流，PWM 立即关断输出脉冲，IGBT获得及时保护。电流型PWM控制器固有的逐个脉冲检测瞬时电流值的控制方式对输入电压和负载变化响应快，系统稳定性好.
同意老兄的观点,在实际应用中电压型PWM确实占了大多数.但过流保护取样也可以从变压器初级取,通过互感线圈或霍尔传感器取得过流信号,比如控制3525的8脚.这点深圳瑞凌的焊机做的
不错,可以很好保护开关管过流.
如何通过检测手段判断一种逆变电源的主电路是否可靠,我认为可以从开关器件和主变压器的空载和负载状态下的电流电压波
形来分析.从而针对性的调整开关器件参数及过流过压缓冲元件参数以及高频变压器的参数,难点在于如何选择匹配.
其实用的都是很普通的元件，关键是线路设计和制作工艺精良才保证了品质，这台焊机在一家防盗门厂用了九年，每天两班16个小时在用，标称130A的小机器比现在标称200A的都好用，飞溅极少。电焊条都可以烧到4mm的，空载电压才48V而已。暂载率100％，重量也才10.5KG。当年我设计时是很保守的，光散热器就用了4.5KG，还有输入滤波电感，也有1.6KG重，对电网一点干扰都没有。
当时应用的PWM IC是国内罕见的UC3846J，陶瓷封装的，工作频率100KHz。线路板颇难制作，电流反馈采用互感器采样峰值电流和霍尔采样平均电流，双环反馈。电流型控制的好处很多，峰值电流不仅仅是做保护用，更重要的，他参与了大环路反馈的控制。简单而言，就是用误差放大器的输出去控制峰值电流，因此可以做到半个周期（5微秒）内就可以作出响应，放大器的响应速度反而没那么重要了，尽管UC3846的误差放大器速度很快。有时为了得到比较慢的响应速度还特意减慢放大器的响应速度，例如在进行氩弧焊时，过快的响应速度反而会使电弧特性变硬。但是，一台逆变焊机的好坏不仅仅是采用何种IC去控制，另外
一个关键点就是驱动电路的参数。这个参数要根据主开关元件和输出整流二极管的特点来作调整，缓冲电路的配置也很重要。一台成功的焊机每一个环节都要做到完美，并不一定要花很多钱，关键还是一个配合问题。国内的工程师知识面太窄，又缺乏技术交流，这样子会继续拉大与进口产品的差距，本人愿意把自己所知道的全部提供给大家，以推动我国电力电子技术的发展。
给出一种典型的设计方法。
例如：400A手工焊机。
手工焊机在所有逆变焊机中是最难做的一种，他的负载动态范围是最大的。
基本设计思路：电路极限值的工程估算
1。确定焊机容量，按公式计算有载电压＝20＋0.04＊400＝36V，计入整流管压降以及电缆压降取40V。空载电压取60V，这样主变匝比9（以输入380V三相计算）
2。估算初级峰值电流以确定主开关元件容量，取最大电流／匝比＊120％＝53A，查参数手册应选用75A，1200VIGBT（以主电路全桥计算）。视不同厂家的IGBT工作频率可在22－28KHz 之间选择。
3。主变的计算，过程略。大家都知道。
4。主控电路的确定，刚才说了，为保证主开关元件的安全和输出动特性，应采用电流型控制，UC3846或UC3825的资料请上网查寻。反馈还是老一套，电流互感器＋霍尔。
5。驱动参数的确定。大家可能都会采用驱动IC吧？其实在输出电压不是很高的场合根本没必要，采用脉冲变压器单极性驱动就可以了，既便宜又可靠。驱动IC的负压主要是用在变频器之类的场合，为防止二极管恢复压而设置的，焊机就不存在这个问题，用负压反而容易造成IGBT自锁而失效。
6。栅电阻的取值。在主变内穿一根线，再接入示波器观察，此时应用调压器降低输入电压，将输出短路。看电压尖峰是在前沿还是后沿，后沿的尖峰高表明整流管的恢复速度慢了，需要降低IGBT的导通速度，前沿尖峰过高表明IGBT关断速度过快，也应该降低关断速度。
7。缓冲电路。初级用RC回路直接接入主变两端，接入点尽量靠近IGBT，次级也用RC回路，接于二极管两端。
一般来讲，大功率最好选择全桥电路，主开关元件开关应力最小。单向偏磁在电流型IC的控制下不复存在，主变连接时无需隔直电容。注意：电流型控制不能用于半桥电路！！！
电感的确定：正常情况下按3000／f(KHz)=微亨来计算。例如1 00KHz，30微亨，25KHz，120微亨。制作电感时注意电感电流容量以及磁通是否会饱和，一旦磁通饱和的话，不会烧IGBT，但是电弧特性明显变差，严重时将会频繁断弧。120－170微亨，400A的电感采用60＊60＊200的矩形铁芯，用4＊10的丝包扁铜线立绕，绕满时电感量就约为170微亨。采用此方法制作的手工焊机电弧稳定，起弧容易，电流不过冲。最大程度的保证了焊
接工艺的稳定。大家可以在此基础上再发展出其他品种的焊机，例如CO2焊机，只要把送丝机的速度控制改成弧长反馈就可以得到变速送丝CO2焊机，他将具有下降特性的所有优点，最明显的就是飞溅极小，是因为短路时无过冲电流而得到的。改变U C3846放大器的参数，甚至还可以做到短路过渡时电流为一个很小的值，短路恢复后立刻起弧，进入下一个过程。
最顶级的做法就是像我一样采用电弧功率反馈控制送丝机，当时采用的IC是UC3825，接成电压型线路，辅以同步短路电流控制。当时的乘法器为了节省成本没有使用AD532，而是别出心裁使用了SG3525作为数字乘法器。实践证明性能优秀，是毫不逊色于AD532，温度稳定性和零点还优于激光调零的AD532。
我曾经仿制过威特力ZX7-500焊机，可是经常炸IGBT，它采用全桥电路，2 只SIMENS 100A IGBT,整流二极管是MUR200 40. 主变压器材用4对EE55 core,(有点记不清了）。电抗器采用矽钢片。??PWM IC 是3525，驱动使用4个57959。
能否帮我分析一下可能的原因？如果需要，我把原理图传上来！！
再请教一个问题，主变压器一般怎样设计，包括计算和制作工艺。
你是从里到外全部仿照威特力的吗？包括工艺？主变压器的计
算方法和普通工频变压器一样，只是因为是方波，系数不是4.4 4,要改为4而已。公式为：最少匝数＝{最高电源电压＊最大占
空比（常取90％）＊10－e8}/(4*频率＊磁感应强度（20KHz常取2000Gs）＊磁芯截面积）。主变的尺寸主要是看暂载率。它决定了线包的的截面积。一般来讲有风冷的主变电流密度取4－5A／mm2，截面积确定以后根据暂载率的高低再进行调整。乘以系数，其值为暂载率的平方根。初级线包通常绕在里面，以使用铜箔为最方便。次级线包由于高频大电流的集肤效应和邻近效应，用铜箔并不是很合适，即使用多层相互绝缘的铜箔也无济于事。威特力的主变工作于满载时，只要5分钟，次级铜板温度就可以超过130度。此时用丝包线成为最佳选择。丝包线其实不很贵，贵只是贵在多股细丝绞合线。用0.2mm以上的漆包线绞制的丝包线比漆包线贵不了多少。逆变焊机里面软件最重要的是控制方式，硬件里面最重要的就是主变了。另外，20KHz的主变其尺寸不宜太小，过小的磁芯将会造成功率无法输出。象500A级的主变通常要用到EE128的磁芯两副才有较好的性能。
暂载率是指工作周期内工作时间占的比例，按国家标准工作周期是按10分钟计算，实际工作几分钟就说暂载率是百分之几十。实际上这个指标当初是针对工频焊机的。逆变焊机的热容量不大，按暂载率去减少原料不是很合适，尤其是主变压器。工人可不会按你的标称暂载率去使用，例如标称60％暂载率的焊机，你不能指望工人用6分钟，再休息4分钟。所以缩小的主变和散热器很容易过热。经常有这样的情况，焊机作负载试验没问题，一到实际场合就出洋相，多少都有这个原因。
关于绝缘栅类的开关元件其驱动电路的关断速度均需很快，开关元件的开关速度靠调整栅级电阻来调整。其典型驱动电路请参照MOTOROLA公司的专著－－TMOS功率场效应管一书，他是采用二极管单向整流，PNP晶体管放电关