實用IGBT焊接電源方案及炸管對策!
逆變電焊機=逆變焊接電源+焊接裝置.
只要做好逆變焊接電源,那么系列產品就迎刃而解.
影響逆變焊接電源可靠性的主要問題是“炸管“!
為了研究“炸管“!首先分析逆變焊接電源的構成原理:
可以概括為:一個“橋路 “,和二個“回路“.
1.1一個“橋路 “;選取的方案有硬開關及軟開關電路,目前比較有實用價值的軟開關電路叫有限雙極性,但本人認為其電路有一臂是軟開關,而另一臂是更加硬的硬開關,更易“炸管“!商品機當前不易采用!
1.2“橋路 “有H型全橋“----時代、奧太、威特力、瑞凌等品牌采用.
“半橋“----威特力、瑞凌等品牌采用.
“單端”----以前一烘而上時期流行過,現今很少采用.
1.3“橋路 “的吸收電路----繁雜的R.C.D吸收電路,往往是“炸管“的重要誘因!
二個回路,1.是主電流回路----從整流瀘波、逆變橋路、主變壓器、二次整流、輸出電感、負載電弧.
2. 是控制回路----從輸出取樣、運放(PI)、脈寬調節器(PWM)、驅動電路、控制功率開關元件IGBT.
在選擇焊接電源方案首先要防止炸管,讓IGBT工作得更好!
我個人的觀點;主電流回路引發“炸管“----是回路雜散電感與快速開關電流引發的”過壓”
控制回路引發“炸管“----是控制不良使IGBT運行軌跡超出它的安全工作區而損壞.
希望高手發表自己的見解!共同提高!如拙見有十位網友感興趣,我將詳述.(敬請廣告朋友慢幾天跟帖)
實用IGBT焊接電源方案及炸管對策!
全部回復(162)
正序查看
倒序查看
主回路的分布電感Ls及快速變化的電流di/dt引起鈴振產生高壓.主變壓器的漏感也會引起極大沖擊電流.實際上主要解決結構及主變的工藝,以及直流供電源(535V)有良好的高頻通路.
電源的濾波電路:以往用電解電容,但電解電容在高頻下阻抗有毫歐級,發熱老化,應是“炸管“重大原因!并聯CBB電容可提供高頻電流通路,但許多焊機并聯的電容只有100n或474,幾乎杯水車薪 不起作用!實用應并CBB61.10- 70微法~450V,有良好效果.
濾波良好的電流波形頂端線條較細(照片用閃光燈變粗,)
主變壓器的方案:
S1-初級導線總截面積,S2-次級導線總截面積,對次級全波整流電路,則S2=1.41S1為最好方案.
磁芯用EE128,窗口柱長,漏感小,是WS315機型最合理選擇.ZX7-400則首選非晶環!
用UF66這類磁芯比較適宜于半橋電路!
實際上主變壓器是整機可靠性關鍵,大多數波形不良的機器調正線路上元件毫無意義!所以節省別處也決不要省主變壓器.
電源的濾波電路:以往用電解電容,但電解電容在高頻下阻抗有毫歐級,發熱老化,應是“炸管“重大原因!并聯CBB電容可提供高頻電流通路,但許多焊機并聯的電容只有100n或474,幾乎杯水車薪 不起作用!實用應并CBB61.10- 70微法~450V,有良好效果.
濾波良好的電流波形頂端線條較細(照片用閃光燈變粗,)
主變壓器的方案:
S1-初級導線總截面積,S2-次級導線總截面積,對次級全波整流電路,則S2=1.41S1為最好方案.
磁芯用EE128,窗口柱長,漏感小,是WS315機型最合理選擇.ZX7-400則首選非晶環!
用UF66這類磁芯比較適宜于半橋電路!
實際上主變壓器是整機可靠性關鍵,大多數波形不良的機器調正線路上元件毫無意義!所以節省別處也決不要省主變壓器.
0
回復
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='這是一張縮略圖，點擊可放大。\n按住CTRL，滾動鼠標滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/51/1174024236.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">@lyjy
[圖片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='這是一張縮略圖，點擊可放大。\n按住CTRL，滾動鼠標滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/51/1174024236.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='這是一張縮略圖，點擊可放大。\n按住CTRL，滾動鼠標滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/51/1174046808.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
上圖為典型不良驅動波形!驅動前沿不快!
上沖尖角表示驅動有漏感(脈沖變壓器差)!
頂降為能量不足.
IGBT有效安全工作電流大打折扣!
(估計5折)很易炸管.
0
回復
@lyjy
[圖片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='這是一張縮略圖，點擊可放大。\n按住CTRL，滾動鼠標滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/51/1174046808.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">上圖為典型不良驅動波形!驅動前沿不快!上沖尖角表示驅動有漏感(脈沖變壓器差)!頂降為能量不足.IGBT有效安全工作電流大打折扣!(估計5折)很易炸管.
關注中!
0
回復
@lyjy
[圖片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='這是一張縮略圖，點擊可放大。\n按住CTRL，滾動鼠標滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/51/1174046808.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">上圖為典型不良驅動波形!驅動前沿不快!上沖尖角表示驅動有漏感(脈沖變壓器差)!頂降為能量不足.IGBT有效安全工作電流大打折扣!(估計5折)很易炸管.
1174179130.ppt
上傳介詔安全工作區參考材料.
開關頻率高,耐沖擊電流大,但穩態總損耗也大.這是矛盾!
由于IGBT關斷拖尾電流造成開關過程的最重損耗,所以工作頻率在20-30KHz合適.
目前,IGBT的技術進步很快,據報導;無拖尾的IGBT己試制成功.
將來會有更加安全工作的IGBT供焊機應用.
上傳介詔安全工作區參考材料.
開關頻率高,耐沖擊電流大,但穩態總損耗也大.這是矛盾!
由于IGBT關斷拖尾電流造成開關過程的最重損耗,所以工作頻率在20-30KHz合適.
目前,IGBT的技術進步很快,據報導;無拖尾的IGBT己試制成功.
將來會有更加安全工作的IGBT供焊機應用.
0
回復
@lyjy
1174179130.ppt上傳介詔安全工作區參考材料.開關頻率高,耐沖擊電流大,但穩態總損耗也大.這是矛盾!由于IGBT關斷拖尾電流造成開關過程的最重損耗,所以工作頻率在20-30KHz合適.目前,IGBT的技術進步很快,據報導;無拖尾的IGBT己試制成功.將來會有更加安全工作的IGBT供焊機應用.
早年我們使用IGBT炸管極多,很多老型號的60-100有時關機就壞!
幾乎不能測耐壓,圖示儀打耐壓一到拐點就永久失效.
選 新型號的IGBT要選Ices大一些.列幾個供參考;
BSM50GB120DN2------Ices=0.8---3.5mA
SKM75GB128D------Ices=0.1---0.3mA
FGL60N100BNTD-----Ices=1mA
一般二手的igbt最好別用!!
下面報告供參考;
4月29日訊,Fairchild半導體公司推出新的1000V/60A IGBT FGL60N100BNTD,具有優異的開關和導通以及在感應加熱(IH)應用中的強健雪崩特性.這些感應加熱包括感應加熱(IH)稻米罐,感應炊具以及微波爐等.新的FGL60N100BNTD把Fairchild所有權的Trench技術和不穿通(NPT)技術組合起來,能得到所期望的雪崩免疫性.器件的雪崩免疫性保護IGBT在關斷狀態免受雪崩所引起的現場損壞,從而增加了IH應用的可靠性.在IH應用時, FGL60N100BNTD的開關速度經過優化,上升時間典型為130ns,飽和壓降低,在Ic=60A時Vcesat=2.5V,從而限制了導通損耗. FGL60N100BNTD中的內置快恢復二極管簡化了電路設計,降低了元件數量.
幾乎不能測耐壓,圖示儀打耐壓一到拐點就永久失效.
選 新型號的IGBT要選Ices大一些.列幾個供參考;
BSM50GB120DN2------Ices=0.8---3.5mA
SKM75GB128D------Ices=0.1---0.3mA
FGL60N100BNTD-----Ices=1mA
一般二手的igbt最好別用!!
下面報告供參考;
4月29日訊,Fairchild半導體公司推出新的1000V/60A IGBT FGL60N100BNTD,具有優異的開關和導通以及在感應加熱(IH)應用中的強健雪崩特性.這些感應加熱包括感應加熱(IH)稻米罐,感應炊具以及微波爐等.新的FGL60N100BNTD把Fairchild所有權的Trench技術和不穿通(NPT)技術組合起來,能得到所期望的雪崩免疫性.器件的雪崩免疫性保護IGBT在關斷狀態免受雪崩所引起的現場損壞,從而增加了IH應用的可靠性.在IH應用時, FGL60N100BNTD的開關速度經過優化,上升時間典型為130ns,飽和壓降低,在Ic=60A時Vcesat=2.5V,從而限制了導通損耗. FGL60N100BNTD中的內置快恢復二極管簡化了電路設計,降低了元件數量.
0
回復
@lyjy
[圖片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='這是一張縮略圖，點擊可放大。\n按住CTRL，滾動鼠標滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/51/1174024236.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">
上圖的電流波形為電流環串在+極電源線中測得,與串入主變相似.
前沿有鈴振毛刺,不跟隨電流增大比例增大.
上沖毛刺高端有一段細毛刺,當主變輸出粗線上套磁環便去掉了,但PC30磁環很燙手,用三黃一白磁環也燙,目前我還沒辦法?哪位高手出個主意!!
前沿有鈴振毛刺,不跟隨電流增大比例增大.
上沖毛刺高端有一段細毛刺,當主變輸出粗線上套磁環便去掉了,但PC30磁環很燙手,用三黃一白磁環也燙,目前我還沒辦法?哪位高手出個主意!!
0
回復
@lyjy
上圖的電流波形為電流環串在+極電源線中測得,與串入主變相似.前沿有鈴振毛刺,不跟隨電流增大比例增大.上沖毛刺高端有一段細毛刺,當主變輸出粗線上套磁環便去掉了,但PC30磁環很燙手,用三黃一白磁環也燙,目前我還沒辦法?哪位高手出個主意!!
關于IGBT電流選取;
例輸出315A,主變N=8,主變初級I1=A/N=315/8=39.3A.
選50A的IGBT實際余量也不大.N=8.5—9比效安全,但是空載電壓會低一點,要考慮弧焊實用效果.
國外產品散熱片似鏡面,鋁材也優,熱傳導良好.
散熱片的肉也要厚,否則igbt與散熱片溫差太大,即使面積很大也沒用.
有興趣可參考“奧太”機,散熱片用得正宗!
例輸出315A,主變N=8,主變初級I1=A/N=315/8=39.3A.
選50A的IGBT實際余量也不大.N=8.5—9比效安全,但是空載電壓會低一點,要考慮弧焊實用效果.
國外產品散熱片似鏡面,鋁材也優,熱傳導良好.
散熱片的肉也要厚,否則igbt與散熱片溫差太大,即使面積很大也沒用.
有興趣可參考“奧太”機,散熱片用得正宗!
0
回復
@lyjy
關于IGBT電流選取;例輸出315A,主變N=8,主變初級I1=A/N=315/8=39.3A.選50A的IGBT實際余量也不大.N=8.5—9比效安全,但是空載電壓會低一點,要考慮弧焊實用效果.國外產品散熱片似鏡面,鋁材也優,熱傳導良好.散熱片的肉也要厚,否則igbt與散熱片溫差太大,即使面積很大也沒用.有興趣可參考“奧太”機,散熱片用得正宗!
關于過流及過流保護問題!
我認為一臺焊接電源允許短路工作,在正常條件下不存在過流!
通常在主回路串入電流環過流自鎖式保護及過熱保護就行了.
(參考瑞凌機的保護)
大多數炸管在小電流就發生了,都不是過流,而是電路不良!
實踐證明:結構合理、波形良好、元器件可靠、電路優選,IGBT基本上不炸.
否則,其它過流、軟關、等等復雜的保護電路基本上無效.
我認為一臺焊接電源允許短路工作,在正常條件下不存在過流!
通常在主回路串入電流環過流自鎖式保護及過熱保護就行了.
(參考瑞凌機的保護)
大多數炸管在小電流就發生了,都不是過流,而是電路不良!
實踐證明:結構合理、波形良好、元器件可靠、電路優選,IGBT基本上不炸.
否則,其它過流、軟關、等等復雜的保護電路基本上無效.
0
回復
@lyjy
關于過流及過流保護問題!我認為一臺焊接電源允許短路工作,在正常條件下不存在過流!通常在主回路串入電流環過流自鎖式保護及過熱保護就行了.(參考瑞凌機的保護)大多數炸管在小電流就發生了,都不是過流,而是電路不良!實踐證明:結構合理、波形良好、元器件可靠、電路優選,IGBT基本上不炸.否則,其它過流、軟關、等等復雜的保護電路基本上無效.
關于IGBT上的吸收板及吸收電路;
早期大家用IGBT心中沒底,所以每個管子都加RCD吸收.
一個全橋電路12個元件,處于高危險高頻電壓上.
維修實踐反映;由于吸收板爛掉,擊穿燒焦板引起炸管比效常見!
“威特力”機多年前早就去掉了,只在靠近IGBT的直流正負端子上加一個3微法CBB電容,及一組RC.
值得參考.(當然不必生搬硬套)
早期大家用IGBT心中沒底,所以每個管子都加RCD吸收.
一個全橋電路12個元件,處于高危險高頻電壓上.
維修實踐反映;由于吸收板爛掉,擊穿燒焦板引起炸管比效常見!
“威特力”機多年前早就去掉了,只在靠近IGBT的直流正負端子上加一個3微法CBB電容,及一組RC.
值得參考.(當然不必生搬硬套)
0
回復
@lyjy
關于IGBT上的吸收板及吸收電路;早期大家用IGBT心中沒底,所以每個管子都加RCD吸收.一個全橋電路12個元件,處于高危險高頻電壓上.維修實踐反映;由于吸收板爛掉,擊穿燒焦板引起炸管比效常見!“威特力”機多年前早就去掉了,只在靠近IGBT的直流正負端子上加一個3微法CBB電容,及一組RC.值得參考.(當然不必生搬硬套)
1.IGBT(西門子)選用,主壓器初級最大電流是IGBT四分之三
2.工作時IGBT C極與E極電壓(440V)不能超過700V
3.驅動前后延有的慢,不會燒管,只會降低負載率(有溫度開關保護在75度以內)
4.開關機注意波形一定要有關掉波形功能.
5.空載主變壓器電流不能超過2A
2.工作時IGBT C極與E極電壓(440V)不能超過700V
3.驅動前后延有的慢,不會燒管,只會降低負載率(有溫度開關保護在75度以內)
4.開關機注意波形一定要有關掉波形功能.
5.空載主變壓器電流不能超過2A
0
回復
@lyjy
[圖片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='這是一張縮略圖，點擊可放大。\n按住CTRL，滾動鼠標滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/51/1174046808.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">上圖為典型不良驅動波形!驅動前沿不快!上沖尖角表示驅動有漏感(脈沖變壓器差)!頂降為能量不足.IGBT有效安全工作電流大打折扣!(估計5折)很易炸管.
典型驅動波形是什么樣?能發一下嗎?
0
回復
@lyjy
[圖片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='這是一張縮略圖，點擊可放大。\n按住CTRL，滾動鼠標滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/51/1174046808.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">上圖為典型不良驅動波形!驅動前沿不快!上沖尖角表示驅動有漏感(脈沖變壓器差)!頂降為能量不足.IGBT有效安全工作電流大打折扣!(估計5折)很易炸管.
你好,那請再貼一個圖好的是怎么樣的,比較一下嘛!謝謝!
0
回復
@alex0663
你好,那請再貼一個圖好的是怎么樣的,比較一下嘛!謝謝!
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='這是一張縮略圖，點擊可放大。\n按住CTRL，滾動鼠標滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/51/1174446977.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
上圖是原理.實際的照片過幾天照下來發網上,請等幾天!
0
回復
@lyjy
關于IGBT上的吸收板及吸收電路;早期大家用IGBT心中沒底,所以每個管子都加RCD吸收.一個全橋電路12個元件,處于高危險高頻電壓上.維修實踐反映;由于吸收板爛掉,擊穿燒焦板引起炸管比效常見!“威特力”機多年前早就去掉了,只在靠近IGBT的直流正負端子上加一個3微法CBB電容,及一組RC.值得參考.(當然不必生搬硬套)
關于主變壓器:
輸入~380v,空載試1小時,若磁芯燙手(≥70度)
應檢查主變磁芯質量是否差,或匝數少.焊機就不夠可靠.
實用2付EE110并用,牌PC-30,N1=17,電流環Ns=200,R=20,實測波形Vs=100mV.
計算主變空載電流約1A,滿壓空載1小時略為溫手,應很可靠.
輸入~380v,空載試1小時,若磁芯燙手(≥70度)
應檢查主變磁芯質量是否差,或匝數少.焊機就不夠可靠.
實用2付EE110并用,牌PC-30,N1=17,電流環Ns=200,R=20,實測波形Vs=100mV.
計算主變空載電流約1A,滿壓空載1小時略為溫手,應很可靠.
0
回復
@lyjy
關于IGBT上的吸收板及吸收電路;早期大家用IGBT心中沒底,所以每個管子都加RCD吸收.一個全橋電路12個元件,處于高危險高頻電壓上.維修實踐反映;由于吸收板爛掉,擊穿燒焦板引起炸管比效常見!“威特力”機多年前早就去掉了,只在靠近IGBT的直流正負端子上加一個3微法CBB電容,及一組RC.值得參考.(當然不必生搬硬套)
盡可能減低主變的漏感,若初級次級耦合不緊也視為漏感.
關于開關變壓器制作工藝,有關書介詔很多,帖子上難說明白!
判斷漏感大小的一種辦法,在實際調試或摩機時可用示波器觀察電流環電流波形后沿;
若主變漏感大,則鈴振毛刺很大,有可能威脅到IGBT安全!
一方面改進主變工藝,這極為關鍵!另外也可以試驗加RC阻尼吸收電路.
上面的帖圖(5帖)電流波形后沿已吸收干凈.
關于開關變壓器制作工藝,有關書介詔很多,帖子上難說明白!
判斷漏感大小的一種辦法,在實際調試或摩機時可用示波器觀察電流環電流波形后沿;
若主變漏感大,則鈴振毛刺很大,有可能威脅到IGBT安全!
一方面改進主變工藝,這極為關鍵!另外也可以試驗加RC阻尼吸收電路.
上面的帖圖(5帖)電流波形后沿已吸收干凈.
0
回復
@lyjy
關于IGBT上的吸收板及吸收電路;早期大家用IGBT心中沒底,所以每個管子都加RCD吸收.一個全橋電路12個元件,處于高危險高頻電壓上.維修實踐反映;由于吸收板爛掉,擊穿燒焦板引起炸管比效常見!“威特力”機多年前早就去掉了,只在靠近IGBT的直流正負端子上加一個3微法CBB電容,及一組RC.值得參考.(當然不必生搬硬套)
實用焊機的控制電路怎么樣才算很好!
焊機電源總是以短路開始工作!
所以在短路時,首先控制環路應仍然穩定,
其次仍有高速的響應.
我曾測試過一臺國內品牌WS-315逆變焊機,即使輸出短路在10A.
機內無絲絲聲!
調小到5A甚至于3A仍然無絲絲聲,波形不短缺脈沖或跳脈沖!
測試結果令人驚訝,也很振奮,控制電路特性突破輸出電壓占空比的概念是可以做到的!
為什么呢?
焊機電源總是以短路開始工作!
所以在短路時,首先控制環路應仍然穩定,
其次仍有高速的響應.
我曾測試過一臺國內品牌WS-315逆變焊機,即使輸出短路在10A.
機內無絲絲聲!
調小到5A甚至于3A仍然無絲絲聲,波形不短缺脈沖或跳脈沖!
測試結果令人驚訝,也很振奮,控制電路特性突破輸出電壓占空比的概念是可以做到的!
為什么呢?
0
回復
@lyjy
實用焊機的控制電路怎么樣才算很好!焊機電源總是以短路開始工作!所以在短路時,首先控制環路應仍然穩定,其次仍有高速的響應.我曾測試過一臺國內品牌WS-315逆變焊機,即使輸出短路在10A.機內無絲絲聲!調小到5A甚至于3A仍然無絲絲聲,波形不短缺脈沖或跳脈沖!測試結果令人驚訝,也很振奮,控制電路特性突破輸出電壓占空比的概念是可以做到的!為什么呢?
同感.一般在小電流時不因為降頻而產生躁聲,大都是在電感上做文章.在反饋電路上的參數要調整好應該可以做到.早些年給朋友設計一套等離子焊機.150A,小電流在1A,也是出現斷波.后來也花了一段時間.水平有限只好在PID叁數上做文章,還好.
早期時用的是GTR.TL494.發上來大家指正一下啊.
早期時用的是GTR.TL494.發上來大家指正一下啊.
0
回復
@lyjy
實用焊機的控制電路怎么樣才算很好!焊機電源總是以短路開始工作!所以在短路時,首先控制環路應仍然穩定,其次仍有高速的響應.我曾測試過一臺國內品牌WS-315逆變焊機,即使輸出短路在10A.機內無絲絲聲!調小到5A甚至于3A仍然無絲絲聲,波形不短缺脈沖或跳脈沖!測試結果令人驚訝,也很振奮,控制電路特性突破輸出電壓占空比的概念是可以做到的!為什么呢?
同感.一般在小電流時不因為降頻而產生躁聲,大都是在電感上做文章.在反饋電路上的參數要調整好應該可以做到.早些年給朋友設計一套等離子焊機.150A,小電流在1A,也是出現斷波.后來也花了一段時間.水平有限只好在PID叁數上做文章,還好.
早期時用的是GTR.TL494.發上來大家指正一下啊.1175046333.s01
早期時用的是GTR.TL494.發上來大家指正一下啊.1175046333.s01
0
回復
