全桥IGBT逆变焊接电源的驱动保护及抗偏磁研究

摘要

为提高全桥逆变焊接电源的可靠性，本文对全桥电路的抗直流偏磁、驱动电路、过流保护系统进行了研究。 由于不同的IGBT其集电极电流与集射间的饱和压降也不同，并且驱动电路驱动特性还与主电路的漏感，IGBT本身的Miller电容，负载的特性也相关，因此不存在一种适合各种IGBT、各种主电路以及负载的特性的驱动模块。 本文在分析IGBT主要专用驱动模块的优缺点基础上，设计了基于降栅压及软关断原理IGBT过流保护方案。给出具体的驱动过流保护电路，并对电路功能和原理进行详尽的分析。IGBT出现过流时立即降低栅压，以增加IGBT短路承受时间，检测真假过流。若为瞬时过流，则可恢复至正常状态；若为真过流，则软关断IGBT，并封锁PWM，同时输出报警信号至PWM芯片，强制关断PWM信号一定时间。电路的过流保护动作参数可以根据特定IGBT进行设置。 集栅寄生电容是IGBT管的一个重要参数，在全桥逆变电路中工作时易造成栅射集电压尖峰，造成桥臂直通，导致器件永久失效。从理论推导栅极驱动波形形成电压干扰的原因，给出栅极尖峰电压干扰值的计算公式及影响因素。采取慢开快关的驱动方式、栅极增加阻尼吸收回路、栅极并联无电感电容以减小栅射极电压尖峰。 设计并制作了具有判断真假过流、慢关断功能的驱动电路，同时考虑了IGBT本身的Miller电容和负载的特性对驱动电路的要求。采用MATLAB仿真，得出IGBT死区不均压原因为驱动信号延迟不同造成的IGBT开通及关断不同步、吸收电路参数不等及开关管特性不等，经过试验验证。 变压器伏秒周期不等会使得变压器出现直流偏磁现象，引起变压器磁通饱和，造成IGBT过流，损坏IGBT，同时也使变压器发热严重。引起全桥逆变电路变压器伏秒周期不平衡的原因主要有各路信号的延时不同、开关管特性不一致及吸收电路参数不对称。本文通过检测变压器峰值电流，与设定的偏磁过流值进行比较，得到变压器的偏磁信号，对发生偏磁的那一路IGBT的驱动脉宽进行修正，使得变压器两端的伏秒周期重新平衡，消除直流分量。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1逆变焊接电源基本特性

1.2逆变焊接电源的现状

1.2.1国外逆变焊接电源的现状

1.2.2国内逆变焊接电源的现状

1.3逆变式焊接电源的发展趋势及需解决的科学问题

1.3.1逆变式焊接电源的发展趋势

1.3.2发展逆变弧焊电源需解决的问题及可采取的措施

1.4本课题的研究任务

第二章IGBT驱动与过压保护

2.1 IGBT的驱动电路

2.1.1 IGBT栅极驱动要求

2.1.2驱动电路基本形式

2.1.3栅极驱动布线

2.2 IGBT过压保护

2.2.1过冲电压产生机理

2.2.2缓冲吸收电路形式

2.2.3全桥硬开关工作过程吸收电路工作过程分析

2.3主电路仿真及实验分析

2.3.1主电路仿真

2.3.2实验分析

2.4本章小结

第三章IGBT过流保护

3.1 IGBT过流保护原理

3.1.1 IGBT短路电流、允许时间与集射极电压关系

3.1.2模块驱动及保护电路分析

3.1.3 IGBT降栅压及软关断原理分析

3.2过流保护电路设计及分析

3.2.1驱动及保护电路结构设计图

3.2.2降栅压及软关断电路分析

3.2.3过流保护电路参数设置

3.3试验及分析

3.4本章小结

第四章全桥IGBT栅极抗干扰技术

4.1 IGBT开关过程驱动波形分析

4.2集栅电容引起栅极电压尖峰

4.3降低栅极干扰的措施

4.4试验及分析

4.5本章小结

第五章全桥逆变电路的抗磁偏研究

5.1中频变压器偏磁机理及危害

5.2变压器工作电流数学分析

5.3全桥逆变电源偏磁原因分析

5.4直流偏磁抑制措施

5.4.1隔直电容抗偏磁机理

5.4.2脉宽调节抗偏磁

5.5试验及分析

5.6本章小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

附录

致谢

攻读硕士期间发表论文