亨力拓在做逆變焊機之前，參考了大量的焊機技術(shù)資料，也結(jié)合了國內(nèi)和國外的焊接技術(shù)，尤其是針對現(xiàn)在論壇和網(wǎng)絡(luò)上的大家普遍關(guān)注的IGBT炸管問題進行了深入的分析，并結(jié)合本公司10多年的焊接經(jīng)驗和技術(shù)，成功的解決了這一問題，現(xiàn)在亨力拓生產(chǎn)的逆變焊機，炸管率極低。
現(xiàn)階段人們普遍關(guān)注的IGBT炸管，很大一部分是由于目前大家對開關(guān)器件及主電路結(jié)構(gòu)工作原理的理解及檢測手段的缺乏所造成的。但另一方面大功率逆變焊機開關(guān)器件工作的可靠性是整機設(shè)計的重中之重，也是關(guān)乎一臺焊機能否取勝市場的重中之重，但是正是由于之前所說的對這方面理解的缺乏，以及檢測手段的不完善，導(dǎo)致了國產(chǎn)IGBT逆變焊機的返修率居高不下，不能大量推廣。
下面我們就具體的以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焊機為例進行分析。
1 電壓型PWM控制器過流保護固有問題
目前國內(nèi)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(dāng)輸出電流信號由分流器檢出電流與給定電流比較后，經(jīng)比例積分放大器放大，控制輸出脈沖寬度。IGBT導(dǎo)通后，即使產(chǎn)生過電流，PWM控制電路也不可能及時關(guān)斷正在導(dǎo)通的過流脈沖。由于系統(tǒng)存在延遲環(huán)節(jié)，過流保護時間將延長。
2 電流型過流保護
電流型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(yīng)速度快，保護信號與正在流過IGBT的電流同步，一旦發(fā)生過流，PWM立即關(guān)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(yīng)快，系統(tǒng)穩(wěn)定性好
只要IGBT功率余量足夠大,電壓型PWM電路可靠性基本上沒有什么問題，但是相對的成本也提高了很多！但就目前來說，電焊機大多數(shù)是電流型的且輸出電壓并不穩(wěn)定!保護器誤操作的情況也經(jīng)常發(fā)生，所以針對這種情況電流型比較適合當(dāng)今的中國市場，可以滿足絕大部分的需要!
下面我們來分析一下電流型的，以PWM IC為UC3846J為例，陶瓷封裝的，工作頻率100KHz。（電流型的，線路板相對而言要難制作很多）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(huán)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(huán)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(nèi)就可以作出響應(yīng)，放大器的響應(yīng)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(yīng)速度還特意減慢放大器的響應(yīng)速度，例如在進行氬弧焊時，過快的響應(yīng)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(guān)鍵點就是驅(qū)動電路的參數(shù)。這個參數(shù)要根據(jù)主開關(guān)元件和輸出整流二極管的特點來作調(diào)整，緩沖電路的配置也很重要。一臺成功的逆變焊機每一個環(huán)節(jié)都要做到完美，也就是說單個元件并不是要花很多錢，關(guān)鍵還是一個配合問題，要考慮整個焊機的協(xié)調(diào)性能和各個元件之間的配合度。目前來說，很多國內(nèi)的焊接廠商和這方面的技術(shù)工程師，反而忽略了這一點，單純追求某方面的性能優(yōu)越，缺乏部門同事之間的配合，做出來的產(chǎn)品雖然在某些方面性能確實是非常優(yōu)越，但整機方面就有待加強了！廣州亨力拓機電科技有限公司很好的避免了這一點，我們結(jié)合10多年的焊接經(jīng)驗，參考了大量的國外國內(nèi)的資料，進行了充分的交流和溝通，相信亨力拓公司的逆變焊機在整機的性能上可以更上一個臺階。
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(tài)范圍是最大的。
基本設(shè)計思路：電路極限值的工程估算
1。確定焊機容量，按公式計算有空載電壓＝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(guān)元件容量，取最大電流／匝比＊120％＝53A，查參數(shù)手冊應(yīng)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(guān)元件的安全和輸出動特性，應(yīng)采用電流型控制，UC3846或UC3825的資料請上網(wǎng)查尋。反饋還是老一套，電流互感器＋霍爾。
5。驅(qū)動參數(shù)的確定。大家可能都會采用驅(qū)動IC吧？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(qū)動就可以了，既便宜又可靠。驅(qū)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(fù)壓而設(shè)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。
6。柵電阻的取值。在主變內(nèi)穿一根線，再接入示波器觀察，此時應(yīng)用調(diào)壓器降低輸入電壓，將輸出短路。看電壓尖峰是在前沿還是后沿，后沿的尖峰高表明整流管的恢復(fù)速度慢了，需要降低IGBT的導(dǎo)通速度，前沿尖峰過高表明IGBT關(guān)斷速度過快，也應(yīng)該降低關(guān)斷速度。
7。緩沖電路。初級用RC回路直接接入主變兩端，接入點盡量靠近IGBT，次級也用RC回路，接于二極管兩端。
一般來講，大功率最好選擇全橋電路，主開關(guān)元件開關(guān)應(yīng)力最小。單向偏磁在電流型IC的控制下不復(fù)存在，主變連接時無需隔直電容。注意：電流型控制不能用于半橋電路！
電感的確定：正常情況下按3000／f(KHz)=微亨來計算。例如100KHz，30微亨，25KHz，120微亨。制作電感時注意電感電流容量以及磁通是否會飽和，一旦磁通飽和的話，不會燒IGBT，但是電弧特性明顯變差，嚴重時將會頻繁斷弧。120－170微亨，400A的電感采用60＊60＊200的矩形鐵芯，用4＊10的絲包扁銅線立繞，繞滿時電感量就約為170微亨。采用此方法制作的手工焊機電弧穩(wěn)定，起弧容易，電流不過沖。最大程度的保證了焊接工藝的穩(wěn)定。這只是一個例子，大家可以在此基礎(chǔ)上再發(fā)展出其他品種的焊機，例如CO2焊機，只要把送絲機的速度控制改成弧長反饋就可以得到變速送絲CO2焊機，他將具有下降特性的所有優(yōu)點，最明顯的就是飛濺極小，是因為短路時無過沖電流而得到的。改變UC3846放大器的參數(shù)，甚至還可以做到短路過渡時電流為一個很小的值，短路恢復(fù)后立刻起弧，進入下一個過程。
最頂級的做法就是像采用電弧功率反饋控制送絲機，當(dāng)時采用的IC是UC3825，接成電壓型線路，輔以同步短路電流控制。當(dāng)時的乘法器為了節(jié)省成本沒有使用AD532，而是別出心裁使用了SG3525作為數(shù)字乘法器。實踐證明性能優(yōu)秀，是毫不遜色于AD532，溫度穩(wěn)定性和零點還優(yōu)于激光調(diào)零的AD532。推力是指熔滴短路過渡時電流推動熔滴進入熔池的力量，電流太小將會造成粘結(jié)，過大時又會造成飛濺。不過通常情況下，只有當(dāng)焊接電流小小的時侯作用才明顯。實現(xiàn)一般是采用短路電流限制法實現(xiàn)。
不過，電流型PWM的印刷版走線是很講究的，要注意地線的走向和接地點的選擇。通常來說，要避免功率地和信號地平行走線。對于UC3846來說，接地點是應(yīng)該接在高頻退耦電容的地端，用星型接地法，使地線呈放射狀散開，另外因為UC3846的功率地和信號地是共用的，所以高頻退耦電容還應(yīng)該盡量貼近IC的接地端安裝。這個高頻退耦電容通常使用1微法的聚丙烯疊層電容為最好。高頻應(yīng)用時，UC3846是可以直接驅(qū)動脈沖變壓器的，電路比較簡單，如果是要帶功率擴展的話，最好是在他的輸出端對地反接一個肖特基二極管，防止地電位變負。注意：UC3846是高敏感度IC，他的內(nèi)部有多個超高速放大器。他的安裝位置要遠離干擾源，必要時，使用硅鋼片屏蔽罩也是一個不錯的選擇。UC3846的外圍電路
關(guān)于絕緣柵類的開關(guān)元件其驅(qū)動電路的關(guān)斷速度均需很快，開關(guān)元件的開關(guān)速度靠調(diào)整柵級電阻來調(diào)整。其典型驅(qū)動電路請參照MOTOROLA公司的專著－－TMOS功率場效應(yīng)管一書，他是采用二極管單向整流，PNP晶體管放電關(guān)斷的辦法，速度很快。典型值可達100ns。這就好比你讓寶馬跑160KM/h是很容易的事，讓夏利去就費力了。在這個基礎(chǔ)上才談得上去調(diào)整驅(qū)動速度。從成本來說，整套全橋脈沖變壓器驅(qū)動線路成本都比不上諸如M57962等等驅(qū)動IC的一半價錢，線路又簡單，何樂而不為呢？這種驅(qū)動電路對MOS和IGBT都通用。
新出的UC3825就比較容易布線。他的功率地和信號地是分開的。用UC3846時地線銅箔宜寬不宜窄，功率地到接地點走線越短越好。此外還需要將線路板的銅箔加厚，盡可能的減少地電阻和地電感。有條件的可以采用三層板，中間層作為地線層，性能可以大幅度提高。
脈沖變壓器驅(qū)動電路有一個其他電路不具備的優(yōu)點，即永遠不可能出現(xiàn)橋臂直通現(xiàn)象。脈沖變壓器不可能將四路電平全部出高，只能是交替出高電平，只要死區(qū)時間足夠就永不發(fā)生共同導(dǎo)通現(xiàn)象。而用驅(qū)動片驅(qū)動時，一旦PWM出錯，極有可能兩路全高造成橋臂直通（常有的事），瞬間就會造成IGBT自鎖，這時候片內(nèi)保護電路是無能為力的，只能傻傻的看著IGBT炸掉。就算不至于自鎖也會發(fā)生二次擊穿（IGBT也有二次擊穿，只不過耐量比GTR高得多，他本質(zhì)上還是GTR。MOSFET也有，但是比SOA寬得多，一般只是在極高的電壓瞬變時發(fā)生，典型值為30V／ns,一般不予考慮），結(jié)果也是一樣。
用單管IGBT注意散熱問題，千萬不要在管子后面加一張絕緣片就完事，要采用熱緩沖的辦法，先固定在厚銅塊或鋁塊上，再大面積絕緣安裝。否則短時間過熱就可以放鞭炮。
亨力拓是做逆變焊機的，我們把焊機的技術(shù)難題和解決辦法發(fā)上來和大家一起討論分享，國內(nèi)的焊機之所以經(jīng)過了幾十年的發(fā)展還遠遠無法和國外的相比很大一部分就是國內(nèi)的人太保守，不善于分享，真誠的希望大家在分享中能讓中國的電子技術(shù)更上一個新的臺階！
