逆变焊机从一出现就引起了众多的关注，国内现有不少厂家在生产逆变焊机，但最近的抽查表明，其 质量和可靠性仍不过关。本文提出了一些逆变焊机的保护电路，理论和实际检验表明可以很大程度 地提高逆变焊机的工作性能和可靠性。1缓冲电路设计 目前逆变焊机中大功率晶体管多采用I GBT和MOSFET。用这些晶体管时，过大的dv/dt会导致功率开关管损坏。为了抑制使 用过程中过高的dv/dt，常采用缓冲电路进行保护。 缓冲电路即吸收电路，在GTR、G TO和功率MOSFET器件中一般有两个作用：一是减少开关管的开关损耗；二是抑制di/d t和dv/dt，改变开关管的开关轨迹，保护开关管。以GTR为例来说明：在开通和关断过程 中的某一时刻，会出现开关管的电压U和电流iC同时达到最大值的情况。此时瞬时开关损耗很大 ，为了避免电压和电流同时为最大值的情况发生，通常采用缓冲电路。 图1a是典型的复合缓 冲电路。其中Ls提供开通保护，并限制开关管的dv/dt和开通损耗；电容Cs和二极管Ds 组成有极性的缓冲电路，限制开关管的dv/dt和关断损耗；电阻RD提供放电回路。采用缓冲 电路后，明显改变了开关管的开关轨迹(图1b)，开通和关断的轨迹有很大的变化，避免了电压 和电流同时出现最大值的情况，因而为开关管提供了安全的开关环境，并最大限度地利用了开关管 的特性。 在设计中，选用的缓冲电路见图2。其中无感电阻R=30Ω，无感电容C=0.1 mF，快恢复二极管D为U1560。2过压封锁保护为了防止主电网电压超过额定值，使功率晶 体管以及电路中其它元件因耐压裕量不足而遭击穿损坏，通常设置过压保护电路。过压保护电路如 图3所示。电阻链对Ud采样，调节W，使光电耦合器在正常Ud范围内处于临界导通状态，此时 Uw5低于缓冲器输入逻辑高电平，TC4050输出为低电平，MCI4043输出低电平。当 Ud出现异常过电压时，光电耦合器充分饱和导通Uw5大于缓冲器输入逻辑高电平，TC405 0及MCI4043输出高电平，通过三输入或门电路接至SG3525脉宽调制电路10＃脚， 封锁驱动脉冲。3欠压保护欠压保护用来防止因主电网电压低于额定值范围，引起逆变器控制电路 工作不正常，SG3525输出异常驱动脉冲，造成功率晶体管损坏。当使用IGBT功率晶体管 时，常因驱动电压不足而退出饱和，处于高电压、大电流条件下工作，使功率晶体管开关损耗迅速 增加，因超出SOA区域而损坏。本文采用的欠压保护电路如图4所示。 正常情况下，晶体管 T饱和导通，TC4050输入低电平VCES，其输出亦为低电平。当网压异常波动低于额定电 压值时，晶体管T退出饱和，使缓冲器输出高电平，锁存器MCI4043输出高电平，三输入或 门电路输出高电平，封锁SG3525驱动脉冲。4过流保护弧焊逆变器由于弧焊过程的固有特点 ，负载回路常处于空载→短路→负载或处于负载→短路→负载的动态变化过程；或控制回路、驱动 回路因干扰引起误动作，逆变桥发生直通；或高频变压器磁芯瞬态饱和，导致功率晶体管过流。功 率晶体管过载能力较弱，即使时间很短，也会对其产生极大的危害，必须尽快检测出过流信息，在 元件未损坏之前使其可靠关断。 过电流检测通常采用互感器或霍尔传感器，分别用于逆变桥交 流侧输入电流或直流侧输出电流检测。本文采用交流互感器检测逆变桥输入电流变化。如图5所示 ，当直流侧发生短路或逆变桥出现直通故障，交流侧输入会立即反映出来，互感器产生的感应电势 大于设定值时，W3中点取出的电压经缓冲器TC4050输出高电平，使锁存器MCI4043 输出高电平，三输入或门输出高电平封锁PWM驱动脉冲。5过热保护 大功率晶体管工作在高 频大电流开关状态，开关损耗不容忽视。随着负载过程持续，结温将升高，必须采取有效的散热通 风措施，防止因散热不良，功率晶体管温升过高而损坏。常用的办法是在安装大功率晶体管模块的 散热板上，同时安装热保护开关HK。检测晶体管模块基体的温度，当温度超过设定值时，热保护 开关动作切断输入信号，封锁SG3525驱动脉冲，直至晶体管模块基体的温度达到正常值时，自动恢复SG3525驱动电路的给定信号。逆变焊机的多重保护设计@刘勇$上海交通大学焊接研究所!上海200030
@姚舜$上海交通大学焊接研究所!上海200030
逆变焊机;;
保护;;可靠性逆变焊机是当今 焊机发展的潮流，而逆变焊机的质量和可靠性是制约其发展的一个重要因素。本文分别给出了缓冲 保护电路、过压保护电路、欠压保护电路、过流保护电路和过热保护电路，简述了提高逆变焊机质 量和可靠性的方法。<1>张立,赵永健.现代电力电子技术——器件、电路及应用
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