IGBT在半桥逆变型电子束焊接电源中的应用作者：微叶科技 时间：2015-09-22 16:45
1．高压电源的主电路 
图1 高压电源的系统框图
图2 高压电源的主电路原理图
(1) EMC滤波电路开关电源工作时会产生传导噪声并返回到市电网络中，影响电源控制电路的正常工作，对其他的电器设备产生干扰，因此必须加以克服。在主电路设计中采用EMC滤波电路，它主要由 L和C组成电源线路滤波器，包括差模抑制和共模抑制电路，能有效抑制差模和共模噪声。 (2) 可控整流电路 可控整流电路由集成一体化智能调压模块组成，电感L1和电容C3组成滤波电路以获得较为平稳的直流电压，Rc和Rd组成精密的反馈取样电路，确保输出电压在控制电路的作用下保持稳定。 (3) IGBT逆变电路 逆变电路由 电容、开关管、高压变压器及保护元件等组成。开关管采用富士公司的快速系列模块，其型号为1MBH600-100。经IGBT逆变后的方波电压经高压变压器升压后，形成40kV左右的高频交流电压。由于高压线圈的匝数较多，在高频时寄生电容和自感会影响电源的输出特性，在变压器设计上须对线圈采取静电屏蔽。另外，由于对地电容的作用，电子束流取样电阻上会叠加高频交流信号，必须采取补偿措施加以消除。在变压器设计中还采用双屏蔽措施来消除电子束流取样电阻上的干扰信号，即在高低压线圈之间加装双层屏蔽，第一层屏蔽接地，第二层接在电子束流取样电阻上。VD1、R3、C5、VD2、R4及C6组成IGBT的尖峰电压吸收电路，确保IGBT安全工作。 (4) 高压整流电路 高压整流电路由高频高压硅堆、高压滤波电容器、保护电阻及取样电路组成。由于经高压变压器升压后的电压具有较高的频率，所以在设计中选用高频高压快速整流硅堆来满足高频高压整流的需要。滤波电容器选用高压聚苯乙烯电容器，这种电容器具有较小的tanδ值及高频性能，对电源的输出特性影响小。限制短路电流及电源内部过电压的限流电阻和保护电阻，均采用具有热性能稳定、自感小、通流容量大的实体电阻，这些电阻还具有较强的耐受过电压、过电流冲击能力。取样电路中的高压取样信号由精密电阻分压器获得，分压器由精密线绕无感电阻制成，顶部加装屏蔽电极，保证取样电压的稳定。电子束流取样电阻也采用精密无感线绕电阻。这两种取样电阻均放在电磁屏蔽盒里，防止干扰信号进入控制电路。 2．控制电路 控制电路由整流控制电路、PI给定调节电路、PWM及其驱动电路等组成。整流控制电路用以保证市电整流后输出电压的稳定。PI给定调节电路和PWM及其驱动电路实现直流高压的稳定和自动调节。 (1)整流控制电路 整流控制电路采用集成在调压模块内的厚膜集成电路，整流后的直流电压经电阻分压器取样并经隔离电路送人PI调节器的反馈端。PI调节器在给定和反馈的共同作用下，经放大后输出一直流信号给智能调压模块控制端，以控制 晶闸管的触发角，实现直流输出电压的稳定调节。辅助电源采用集成一体化高精度线性电源，各电源地分别独立，以减小地电流干扰信号对控制电路的影响。 (2)PI给定调节电路 PI给定调节电路由 PLC和D/A变换模块、Pl调节器、反馈信号取样及隔离电路等组成。给定信号由PLC程序设置，它包含了上升斜波函数及下降斜波函数，运算后的数字量经D/A变换模块输出到给定电位器，调节电位器能调节PI调节器的给定信号的大小。反馈信号取自高精密电阻分压器的低压臂并经隔离电路输入到PI调节器的反馈端。PI调节器由TIA94内部放大器和外接电阻、电容组成，具体原理电路如图3所示。 
图3 PI调节器原理图
(3)PWM及驱动电路PWM及驱动电路的原理图如图3所示。PWM信号由 TLA94调制，TL494内部的另一放大器外接电流信号作为过流保护用。电流传感器采用LEM 公司生产的电流检测隔离功率器件，能保证控制电路和主电路的可靠隔离，具有动态响应快、取样电流信号与输出电流线性度好的特点，能有效克服高压电路的干扰信号对取样电路的影响。反馈与输出电流线性度好的特点，能有效克服高压电路的干扰信号对取样电路的影响。反馈信号和给定信号经PI调节器调节后，再经TL494调制成两路互补的PWM脉冲信号。TL494输出的脉冲信号送人到 IGBT的专用驱动模块的输入端。IGBT的驱动电路采用富士公司的EXB8 40（专用驱动1200V/70A的IGBT模块），内部采用2500V 光电隔离电路，其输入电压为+20V，其中+15V作为IGBT的正向驱动电压，-5V是IGBT 关断时加在IGBT的栅极与发射极之间的反向电压，使之可靠关断。14脚外接TL494输出的PWM信号，6脚通过二极管接检测 IGBT的过流信号，4脚把过流信号输入到 PLC，PLC对其进行运算和处理后发出过流信号。控制 电路的工作过程为：经PI调节器作用后的信号输入到TL494内部，TL494输出PWM脉冲，其占空比由 PI调节器输出信号的大小来决定，具有一定占空比的PWM脉冲经EXB840作用后驱动IGBT,从而实现变压器输出电压的稳定调节。 3．保护电路 高压电源在工作时，电源的内部会产生过电压或过电流，以致损坏电源或IGBT，因此必须设置保护电路来保证电源的安全。电子束焊接电源设置了过压保护、梯度上升及下降电路和过流保护电路。过流保护采用了三级保护：第一级是EXB840 电路本身的过流保护检测功能，即在IGBT过流时，IGBT 驱动模块的6脚会检测到过流信号而直接封锁输出脉冲，关断IGBT，同时EXB840的4脚输出过流信号给PLC，PLC经过程序运算后，一方面发出过流信号指示，另一方面给晶闸管移相控制电路提供封锁脉冲信号，关断晶闸管主电路；第二级保护是利用TL494内部放大器的15、16脚外接的电流隔离传感器，当检测到的电流信号超过设定值时，TL494封锁输出脉冲，从而实现对IGBT的关断；第三级保护是高压侧电子柬流过流保护，当出现过电流时，束流取样信号反馈到控制电路，控制电路发出过流信号给PLC，PLC分别发出关断主电路和过流显示信号，从的过电压进行保护，在高压电源的内部还加装了限流电阻及保护电阻，能有效地限制过电流和过电压。为了克服开机时市电对电源的冲击，通过PLC内部程序设置了软启动斜波函数，经D/A变换模块运算后作为PI调节器的给定值，实现电子束焊接电源的软启动。 上一篇：变频电源驱动电路中IGBT的过热保护技术 下一篇：IGBT在CO2气体保护焊电源中的应用
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