中频电阻焊机电源的IGBT保护方法

　　引言

　　电阻焊是一种重要的焊接工艺，具有生产效率高、成本低、节省材料和易于自动化等特点，中频直流逆变电阻焊接电源作为一种新型的控制电源，以其显著的高质低耗的特点成为电阻焊电源的发展方向。

　　IGBT是一种用MOS管来控制晶体管的电力电子器件，具有电压高、电流大、频率高、导通电阻小等特点，但由于IGBT的耐过流能力与耐过压能力较差，一旦出现意外就容易损坏，为此，必须对IGBT进行保护，本文从实际应用出发，总结了过压、过流与过热保护的相关问题和各种保护方法，适用性强、应用效果好。

　　中频电阻焊机逆变电源

　　中频逆变直流电阻焊机的供电电源是由三相工频交流电源经整流电路和滤波电容转换成直流电源，再经由功率开关器件组成的逆变电路转换成中频方波电源，然后输入变压器降压后，经低管压降的大功率二极管整流成直流电源，供给焊机的电极，对工件进行焊接(见图1)。控制电路部分由DSP和CPLD组成，DSP(TMS320LF2407A)产生的PWM波和检测信号、保护信号在CPLD(EPM7128S)里现实逻辑运算。

　　逆变器通常采用电流反馈实现PWM，以获得稳定的恒定电流输出，电路原理和波形如图1所示，图中U电源为电源电压，U初级为逆变器输出中频电压，变压器次级电流为I次级，控制PWM的脉宽可以控制I次级的大小，逆变电流采用全桥结构，主要优点是主变压器工作效率高，其主电路由4个IGBT和中频变压器组成，将直流电压转换成中频方波交流电压并送中频变压器，经降压整流滤波后输出，电路的可靠性来自IGBT的稳定运行。

　　保证IGBT在安全工作范围内并处于较好状态下，是提高整机可靠性的关键技术，而对IGBT的保护，主要包括过电流保护，过电压保护和IGBT过热保护。

　　IGBT的保护措施

　　IGBT的过电流保护

　　IGBT的大功率管通常只能承受10μs以下的短路电流，当IGBT遇到过流或短路时，若不加保护或保护不当，就会使IGBT损坏。

　　M57962AL是IGBT专用驱动模块，它采用双电源驱动结构，内部集成有2500V高隔离电压的光耦合器和过电流保护电路，以及过电流保护输出信号端子和与TTL电平相兼容的输入接口，本文主要应用M57962AL来实现驱动和过电流保护功能，电路见图2。

　　图2所示的IGBT驱动与保护电路的工作原理为：驱动信号输入后，经过高速光耦隔离，由M57962AL内置接口电路传至功放级，在M57962AL的5脚产生+15V开栅和-10V关栅电压，驱动IGBT导通与关断。当过流发生时，IGBT的Uce会显著高于正常导通值，饱和压降一般为7V以上，就发生退饱和现象，此时，M57962AL的保护电路检测出IGBT的栅极和集电极同为高电平，判断系统过流，M57962AL内置定时器，通过关栅电路和降压电路将短路电流钳制在较低的值，同时发出故障信号，使8脚变为低电平(如为瞬间过流，且在10μs内，1端回到低电平，则保护复位，电路恢复常态)，输出短路故障信号(低电平)，保护信号传到控制电路，立即关闭PWM的输出，即驱动信号关断，从而起到保护IGBT的作用。