【正文】 制電路中加入電流負反饋即可獲得恒流外特性。 驅動電路 IGBT的柵極驅動設計原理驅動電路的作用主要是對驅動信號進行功率放大，并且保證一定的脈沖前沿、后沿陡度，使其具備足夠的驅動能力以使IGBT導通。此外，驅動電路還起到控制電路與主電路的電氣隔離作用與故障信號的采集作用等。IGBT的驅動電路可以從以下幾方面考慮[18,19]：（1）柵極正偏壓+Vge IGBT是電壓驅動器件，柵極驅動電路提供給IGBT的正偏壓+Vge將使IGBT導通。當+Vge增加時，通態(tài)電壓下降，開通時間縮短，開通損耗減小。+Vge的增加對減小通態(tài)電壓與開通損耗有利，但是并不是+Vge越大越好，這是因為當負載短路時，流過器件的集電極電流會隨+Vge的增大而增大，并且使器件承受短路電流的時間變短。因此，實際應用中，IGBT的柵極正向驅動電壓+Vge取值應適當，通常推薦使用+15V。（2）柵極負偏壓Vge 柵極驅動電路提供給IGBT的負偏壓Vge將使其關斷，負偏壓Vge直接影響IGBT的可靠運行。當IGBT關斷時，在IGBT的集電極發(fā)射極之間產生的電壓上升率dVCE/dt將高達3000V/μs，過高的dVCE/dt容易使IGBT發(fā)生動態(tài)擎住現(xiàn)象。為避免IGBT發(fā)生這種誤動作，應在柵極加負偏壓。負偏壓以5V或更低一些為好。（3）柵極串聯(lián)電阻Rg 為了減小集電極電流上升率dic/dt，改善柵極控制脈沖的前后沿陡度與防止振蕩，需要在回路中串聯(lián)電阻Rg。Rg取值應適當，從減小電流上升率、防止器件損壞方面考慮，Rg應選得大一些，但是Rg增大會使IGBT的形狀時間增加，進而使形狀損耗增加。為此，應根據IGBT的電流容量和電壓額定值及形狀頻率等的不同，選擇合適的Rg阻值，根據參考文獻【15】的推薦值，額定值為75A/1200V的IGBT可選用15Ω的Rg。（4）開通、關斷時間 柵極驅動電壓需要有足夠快的上升和下降速度以使IGBT盡快開通和關斷，從而減小開通和關斷損耗。但在大電感負載時，過快的開通和關斷會產生很高的尖峰電壓，可能造成IGBT自身或其他元件的擊穿。因此在感性負載情況下，IGBT的開關時間不宜過短，應根據器件的耐壓能力綜合考慮。 IGBT驅動電路設計本設計采用全橋式逆變主電路，共有4個IGBT開關管，所以需要4套驅動電路。目前，在IGBT的驅動電路中，集成電路EXB840/EXB841應用廣泛。EXB840/EXB841響應速度快，開關頻率可達40kHz。通過內部電路可將+20V電壓轉換成+15V柵極導通電壓和5V的柵極關斷電壓。其內部的過流保護電路的輸出可以從引腳5供給外部電源使用。，EXB840和EXB841的內部原理圖完全相同[15,20]。由于它們的輸出級選用了不同輸出功率的晶體管，以致于它們的應用場合不同。EXB840常用于150A/600V或75A/1200V的IGBT的驅動，EXB841常用于400A/600V或300A/1200V的IGBT的驅動。本設計選用的是75A/1200V的IGBT，因此驅動電路選用EXB840，[15]。 EXB840/EXB841的內部原理圖。在IGBT出現(xiàn)過流時，過流信號由腳6輸入到內部的過流保護電路，腳5輸出低電平，光電耦合 EXB840/EXB841的引腳連接引腳號功能引腳號功能1接IGBT的發(fā)射極9空2供電電源，推薦值10空3驅動輸出，經柵極電阻與IGBT柵極連接11空4外接電容器，防止過電流保護電路誤操作，大部分場合不需要電容器12空5過電流保護電路的輸出端13空6經快恢復二極管接IGBT的集電極，監(jiān)視集電極電壓14驅動輸入信號（）7空15驅動輸入信號（+）8空16空器有輸出，對PWM提供一個封鎖信號，從而使PWM的驅動脈沖輸出轉變成一系列窄脈沖，實現(xiàn)EXB840的軟關斷。 有過流檢測輸入和過流保護輸出的EXB840電路 保護電路在逆變弧焊機中，為了確?？刂齐娐返恼９ぷ鳎_保逆變弧焊機的正常工作，設計各種保護電路是非常有必要的。本論文設計的保護電路有過流保護和過熱保護電路。本論文采用的為間接提取電流信號法，即通過在全橋逆變主電路的一次電路上的電感線圈來進行過流信號的提取。此方法降低了干擾，而且簡單易于操作，提取的過流信號經過整流由交流變成直流，最終接入過流保護電路。 過流保護電路電流信號檢測電路、過熱保護電路。 過流、過熱保護電路過流、過熱保護電路具體原理如下：（1） 過流保護電路：當無過流信號時，24V電壓經過電阻R4，將15V穩(wěn)壓管WD1擊穿。此時，三極管T2導通，T1截止，集成塊SG3525的腳8處于高電位狀態(tài)，SG3525有脈沖輸出。當過流時，壓管WD1被擊穿。此時，二極管D1的陽極電位為零，三極管T2的基極的電位為零，三極管T2截止，T2導通，集成塊SG3525的8腳為低電平，脈沖信號停止輸出，這樣就對逆變焊接電源起到了一定的保護作用。一旦過流保護電路啟動，晶閘管T3將處于導通狀態(tài)，整個電路處于自鎖狀態(tài)，這樣即可起到保護作用。（2）過熱保護電路：當逆變焊機處于過熱狀態(tài)時，熱敏繼電器K1閉合，集成塊SG3525的8腳處于低電位狀態(tài)，SG3525無脈沖輸出，全橋逆變主電路停止運行，發(fā)光二極管LED發(fā)亮，表示焊機過熱。這樣也就避免了焊機由于過熱而造成損壞，起到了過熱保護的作用。4 逆變焊機的實驗分析 實驗儀器與設備1 電流表，電壓表，萬用表等測試儀表；2 電烙鐵及螺絲刀等維修調整工具；3 自制三相逆變弧焊機ZX7400一臺；4 示波器一臺；5 焊機測試臺一臺；6 電子元器件若干；7 電纜線若干。 實驗步驟1 連接好三相調壓器，逆變式弧焊機ZX7400，示波器，啟動焊機；2 測試出所需各點在不同狀態(tài)下的波形圖；注意事項：使用示波器測試波形的過程中，一定要用隔離變壓器給示波器供電，以保證安全。 實驗結果及分析1 將三相調壓器調至最低，接通電源后，延遲1~2秒的時間示波器出現(xiàn)新驅動波形；用示波器測量IGBT上的驅動波形，脈沖寬度為空載脈寬，上升沿和下降沿不超過1μs。+15V左右，負偏壓為5V左右，空載時觸發(fā)脈沖一個周期大約50μs，即逆變頻率約為20kHz；此外，還可以看出有足夠的死區(qū)時間，達到了設計預期的要求?？梢娫O計PWM控制電路的合理性與正確性。2 用雙蹤示波器觀測一組IGBT模塊下管的驅動與管壓降波形，調節(jié)三相調壓器提高輸入電壓至380V，觀測示波器的波形。3 將焊接電流逐步設定在100A、200A、300A、400A，增加負載，觀察焊機的閉環(huán)精度和驅動脈沖與管壓降的波形情況。，驅動輸出脈沖能夠很好地驅動IGBT的通斷，性能良好。 空載時IGBT驅動波形 空載時IGBT的管壓（上）和驅動（下）波形 輸出電流200A時管壓（上）和驅動（下）波形結 論本文介紹了逆變的基本原理及逆變弧焊機的優(yōu)勢與發(fā)展現(xiàn)狀。對逆變弧焊機的主電路和控制電路進行了設計，并得出如下結論：1 逆變主電路采用IGBT的全橋逆變主電路，逆變頻率為20kHz，IGBT選用額定值為75A/1200V的SKM75GB123D；輸入整流濾波采用三相橋式整流，電解電容濾波，分別選用額定值40A/1200V的二極管6只（或相應的整流橋）與額定值為560μF/630V的電解電容4只；中頻變壓器選用非晶系列環(huán)形鐵芯ONL1308040，一次繞組20匝，二次繞組3匝；輸出整流濾波選用中心抽頭式全波整流，快恢復二極管選用MURP20040CT，直流電抗器選用40μH普通硅鋼片直流電抗器。2 控制電路設計了基于SG3525的脈寬調制電路、基于EXB840的驅動電路以及過流、過熱保護電路，確保整機的可靠工作，提高整機的使用壽命。3 通過檢測不同負載時驅動波形與相應的IGBT管壓降，確保逆變弧焊機正常工作，且證明逆變弧焊機性能良好。致 謝首先，感謝我的導師王軍老師。論文是在王軍老師的指導下完成的，導師的平易近人以及嚴謹的科研態(tài)度給我留下了深刻的印象。感謝王老師為我提供良好的學習環(huán)境，使我在自由開放、輕松嚴謹的學術氛圍中順利地完成了我的學業(yè)，并且有所收獲。在王老師的指導和關心下，我學習到了大量的專業(yè)知識，大大拓寬了自己的知識面，這一切都為即將到來的工作打下了良好的基礎。在論文完成之際，再次對王老師表示深深的感謝。其次，感謝學校為我們提供了大量的參考資料，能夠讓我們登錄網上圖書館免費下載，為我們提供了極大的便利。再次，感謝我的同學們，他們給我提了許多建議，我們共同探討了很多問題，使我的論文得以順利完成，在此一并深表謝意。最后，感謝我的父母和家人，是他們這么多年來的支持和理解使我堅持到今天。參 考 文 獻1 任銳．三相逆變弧焊機的研制 [D]．吉林：吉林大學，20092 常濤．數字化IGBT逆變焊機的研究 [D]．北京：北京交通大學，20073 劉偉．多功能電流型PWM控制逆變弧焊電源的研制 [D]．天津：天津大學，19974 鐘偉強．現(xiàn)代逆變技術的廣泛應用 [J]．東方電器評論，2006，18（3）：10~135 劉勝利．現(xiàn)代高頻開關電源實用技術 [M]．北京：電子工業(yè)出版社，20046 張雪．三相逆變二氧化碳焊機的研制 [D]．吉林：吉林大學，20107 黃石生．弧焊電源及數字化控制 [M]．北京：機械工業(yè)出版社，20108 Robert W．Erickson．Fundamentals of Power Electronics[M]．Kluwer Academic Publishers Group，19779 張光先．逆變焊機原理與設計 [M]．北京：機械工業(yè)出版社，200810 蔡興龍．數字式逆變焊機研究 [D]．北京：北京交通大學，201011 杜賢昌，鄧占峰，杜旭昌等．軟開關弧焊主電路元器件的選擇與設計 [J]．電焊機，2007，37（5）：15~1912 王麗榮．新型軟開關弧焊逆變電源的研究 [D]．四川：西華大學，200813 韓治國．高功率因數軟開關逆變式焊機的研究 [D]．哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，200614 陳長江，姜幼卿．逆變電源緩沖電路與隔直電容的參數計算 [J]．武漢船舶職業(yè)技術學院學報，2005（4）：8~1015 曲學基，曲敬鎧，于明揚．逆變技術基礎與應用 [M]．北京：電子工業(yè)出版社，200716 任先進，馬瑞卿．PWM型半橋式開關穩(wěn)壓電源的設計 [J]．新技術與新儀器，2006，26（5）：21~2317 王曉鋒，王京梅，孫俊等．基于SG3525的開關電源設計 [J]．電子科技，2011，24（6）：118~12118 楊柏松，羅如山．IGBT及其驅動和保護電路的研究 [J]．茂名學院學報，2006，16（1）：40~4319 Hefner，A．R．，Jr．An investigation of the drive circuit requirements for the power insulated gate bipolar transistor (IGBT) [J]．IEEE Transactions on Power Electronics，1991，6（2）：208~21920 申翔．IGBT集成驅動模塊的研究 [J]．電源技術應用，2006，9（6）：49~53