中心議題：

• 總結過壓、過流與過熱保護的相關問題和各種保護方法
• 分析實驗結果並得出結論

解決方案：

• 對IGBT的保護，主要包括過電流保護，過電壓保護和IGBT過熱保護
• 采用緩衝吸收電路降低IGBT集-射極間電壓UCE

引言
電阻焊是一種重要的焊接工藝，具有生產效率高
、成本低、jieshengcailiaoheyiyuzidonghuadengtedian
，zhongpinzhiliunibiandianzuhanjiedianyuanzuoweiyizhongxinxingdekongzhidianyuan

，yiqixianzhudegaozhidihaodetedianchengweidianzuhandianyuandefazhanfangxiang。

IGBT是一種用MOS管來控製晶體管的電力電子器件，具有電壓高、電流大、頻率高、導通電阻小等特點，但由於IGBT的耐過流能力與耐過壓能力較差，一旦出現意外就容易損壞，為此，必須對IGBT進行保護
，本文從實際應用出發，總結了過壓、過流與過熱保護的相關問題和各種保護方法，適用性強
、應用效果好。

中頻電阻焊機逆變電源
中zhong頻pin逆ni變bian直zhi流liu電dian阻zu焊han機ji的de供gong電dian電dian源yuan是shi由you三san相xiang工gong頻pin交jiao流liu電dian源yuan經jing整zheng流liu電dian路lu和he濾lv波bo電dian容rong轉zhuan換huan成cheng直zhi流liu電dian源yuan，再zai經jing由you功gong率lv開kai關guan器qi件jian組zu成cheng的de逆ni變bian電dian路lu轉zhuan換huan成cheng中zhong頻pin方fang波bo電dian源yuan


，然ran後hou輸shu入ru變壓器降壓後，經低管壓降的大功率二極管整流成直流電源，供給焊機的電極，對工件進行焊接(見圖1)。控製電路部分由DSP和CPLD組成
，DSP(TMS320LF2407A)產生的PWM波和檢測信號、保護信號在CPLD(EPM7128S)裏現實邏輯運算。

逆變器通常采用電流反饋實現PWM，以獲得穩定的恒定電流輸出
，電路原理和波形如圖1所示，圖中U電源為電源電壓，U初級為逆變器輸出中頻電壓，變壓器次級電流為I次級
，控製PWM的脈寬可以控製I次級的大小
，逆變電流采用全橋結構
，主要優點是主變壓器工作效率高
，其主電路由4個IGBT和中頻變壓器組成
，將直流電壓轉換成中頻方波交流電壓並送中頻變壓器，經降壓整流濾波後輸出，電路的可靠性來自IGBT的穩定運行。

保證IGBT在安全工作範圍內並處於較好狀態下，是提高整機可靠性的關鍵技術，而對IGBT的保護，主要包括過電流保護
，過電壓保護和IGBT過熱保護。

IGBT的保護措施
IGBT的過電流保護
IGBT的大功率管通常隻能承受10μs以下的短路電流，當IGBT遇到過流或短路時
，若不加保護或保護不當，就會使IGBT損壞。

M57962AL是IGBT專用驅動模塊，它采用雙電源驅動結構
，內部集成有2500V高隔離電壓的光耦合器和過電流保護電路，以及過電流保護輸出信號端子和與TTL電平相兼容的輸入接口，本文主要應用M57962AL來實現驅動和過電流保護功能
，電路見圖2。
 
 

圖2所示的IGBT驅動與保護電路的工作原理為：驅動信號輸入後

，經過高速光耦隔離，由M57962AL內置接口電路傳至功放級
，在M57962AL的5腳產生+15V開柵和-10V關柵電壓
，驅動IGBT導通與關斷。當過流發生時

，IGBT的Uce會顯著高於正常導通值，飽和壓降一般為7V以上
，就發生退飽和現象
，此時
，M57962AL的保護電路檢測出IGBT的柵極和集電極同為高電平，判斷係統過流，M57962AL內置定時器，通過關柵電路和降壓電路將短路電流鉗製在較低的值，同時發出故障信號
，使8腳變為低電平(如為瞬間過流
，且在10μs內，1端回到低電平，則保護複位，電路恢複常態)，輸出短路故障信號(低電平)
，保護信號傳到控製電路

，立即關閉PWM的輸出，即驅動信號關斷，從而起到保護IGBT的作用。

IGBT的過電壓保護
關斷IGBT時，它的集電極電流下降率較高

，極高的下降率將引起集電極過電壓。降低IGBT集-射極間電壓UCE的方法通常有兩種：一種是增大柵極電阻RG，但RG的增大將減緩IGBT的開關速度，從而增加開關損耗，此方法不太理想;還有一種就是采用緩衝吸收電路(見圖3)。
 

吸收電容CS與電阻RS串聯後跨接在IGBT的C、E兩端，就構成了RC吸收電路
，由於RS的串入

，使IGBT關斷時過電壓吸收效果較單電容緩衝電路要差，RS越大，吸收效果越差。所以，在緩衝吸收電路中，RS取值較小，這樣既有較好的吸收效果，同時對開通時的電流尖峰又有抑製作用。
IGBT的過熱保護

由於IGBT是大功率半導體器件
，損耗功率使其發熱較多

，加之IGBT的結溫不能超過125攝氏度，不宜長期工作在較高溫度下
，因此要采取恰當的散熱措施進行過熱保護。

本文采用普通散熱器與強迫風冷相結合的措施

，並在控製電路上加過熱檢測保護電路，應付IGBT與散熱器接觸不良或者非正常情況，在IGBT散熱片上安裝熱敏電阻，然後通過邏輯判斷電路給出信號，供控製電路處理(見圖4)。

U11為LM393AN比較器
，JP5處接上具有正溫度係數的熱敏電阻RT
，Thref為參考電壓，可以通過調節電位器RP8來調節動作門檻值。電路正常工作時，2點電位比3點電位低，1點輸出信號THP為高電平，THP信號在CPLD(EPM7128S)中與PWM信號相與
，當器件溫度超過極限時
，熱敏電阻值升高，2點電位高於3點電位，1點輸出低電平
，經CPLD封鎖PWM脈衝信號
，驅動輸出低電平，從而關斷IGBT
，實現過熱保護。

實驗結果與分析
根據以上各種保護電路，結合圖1主電路，構成本實驗電路。加壓後使其工作


，采用示波器TDS3014B觀察和記錄實驗波形。記錄的波形為驅動輸出連接IGBT的G極波形。

圖5為工作狀態下的情況，波形十分穩定，驅動電壓信號為+15V、-9V。能通過調節PWM的寬度來調節IGBT的開關時間
，從而調節次級直流電流的大小，圖6為發生短路的情況，當M57962AL檢測到過流發生時，迅速產生短路保護信號short1，並將其送給DSP2407A，立即關閉PWM的輸出。

結語
本文介紹了利用硬件保護電路，對中頻直流電阻焊機逆變電源中的IGBT進行保護的方法和措施，這樣不僅保護了IGBTzhengchangshiyongdeanquan，haibaozhenglegaidianyuanjishizaieliedehuanjingzhongyenengkekaowendingdegongzuo，congshijiyunyongqingkuangkan

，shejidebaohudianlushixianlekekaoyouxiaodebaohu。