IGBT逆变器在弧焊机应用中的缺点

2019-10-04 16:36:18 Westpac Electronics
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弧焊机朝着小型化、高效率和智能化的方向发展,关键技术是提高逆变器的开关频率和全数字化控制的应用,现在广泛应用的IGBT逆变器在高频率工作状态下带来过电压、过电流和噪声等缺点。

通常,将直流电能变换成交流电能的过程称为逆变,实现逆变过程的装置称为逆变器。逆变器的核心,是逆变开关电路和控制电路。逆变开关电路通过电力电子开关的导通与关断完成逆变的功能;控制电路发出驱动脉冲,按工作的需要实现开关器件的通断控制。


常用的IGBT逆变器开关元件的控制方法是PWM法。当逆变器的开关频率提高到20kHz以上时,逆变器的噪声变小,体积减小,重量减轻,输出电压波形更加正弦化。但是,逆变器在如此高的开关频率下工作,导致开关器件在高电压下导通,在大电流下关断,一直处于强迫开关状态,实际应用过程中带来一些缺点:


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(1)产生电压过冲现象

逆变器的工作频率很高,开关器件IGBT的开通和关断速度非常快,开通时,由于续流二极管反向恢复电流和吸收电容器的放电电流的存在,则开通越快,IGBT承受的峰值电流也就越大,甚至可能导致IGBT或者续流二极管损坏;关断时,电感负载随IGBT的超速开通和关断,将在电路中产生高频、高幅值和窄宽度的尖峰电压,常规的过电压吸收电路受到二极管开通速度的限制难以吸收该尖峰电压,IGBT将直接承受尖峰电压冲击,可能因为过电压造成自身或电路其它元器件击穿而损坏。

(2)产生过流现象

IGBT内部有弥勒(MIRROR)电容和输入电容,当电压过冲时会通过弥勒电容耦合栅极,使栅极电压瞬间升高,由于栅极负偏压和输入电容的作用,栅极电压所达到的幅值比集电极的过冲要低的多,但是还可能超过栅极阈值电压,导致截止的管子误导通,此时上下桥臂直通而出现过电流现象。

(3)超出安全工作区现象

安全工作区是由最大集电极电流、最大集射极间电压和电压上升率这三条极限边界线围成的,它的范围与IGBT关断时的电压上升率有关,电压上升率越高,安全工作区越窄。由于开通和关断瞬间产生很高的电压上升率,开关器件的状态运行轨迹可能超出安全工作区,影响开关工作可靠性。

(4)产生较大的寄生电感,引起噪声

在常见的弧焊机逆变器设计中,全桥IGBT模块采用双绞线连接,同时有些电路设计的驱动线很长, 这样造成对整机可靠性危害很大的寄生电感。在桥臂全部关闭时,大的寄生电感与吸峰电容发生振荡,带来噪声问题。





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