Cómo detectar IGBT de tubo de alta potencia (H20T120)
Limitada por la falta de comprensión de los principios de funcionamiento de los dispositivos de conmutación y las estructuras del circuito principal y la falta de métodos de detección, la confiabilidad de los dispositivos de conmutación de las máquinas de soldadura con inversor de alta potencia es la máxima prioridad del diseño completo de la máquina, y es el tema más importante para los IGBT nacionales. La tasa de reparación de las máquinas de soldar sigue siendo alta, que es la razón principal por la que no pueden promoverse ampliamente.
Detección y análisis cuantitativo de formas de onda de corriente y voltaje IGBT. El circuito específico toma como ejemplo una soldadora manual inversora de medio puente de 400A.
1 Problemas inherentes a la protección contra sobrecorriente de los controladores PWM de tipo voltaje
En la actualidad, los controladores PWM de las máquinas de soldadura por arco inversor IGBT domésticas comunes suelen utilizar chips integrados de tipo voltaje como TL494 y SG3525. La señal de retroalimentación generalmente se toma de la salida del rectificador. Cuando la señal de corriente de salida se compara con la corriente dada detectada por la derivación, el amplificador integral proporcional la aumenta para controlar el ancho del pulso de salida. Después de encender el IGBT, incluso si ocurre una sobrecorriente, el circuito de control PWM no puede apagar a tiempo el pulso de sobrecorriente conductor. Debido al enlace de retardo en el sistema, se ampliará el tiempo de protección contra sobrecorriente.
2 Protección contra sobrecorriente de tipo corriente
La señal de corriente de retroalimentación del circuito de control PWM de tipo corriente se obtiene del extremo primario del transformador de alta frecuencia a través del transformador de corriente. Dado que la señal de corriente se toma del primario del transformador, la velocidad de respuesta es rápida y la señal de protección se sincroniza con la corriente que fluye a través del IGBT. Una vez que ocurre una sobrecorriente, el PWM apaga inmediatamente el pulso de salida y el IGBT. está protegido en el tiempo. El método de control inherente del controlador PWM en modo actual para detectar valores de corriente instantáneos pulso a pulso responde rápidamente a los cambios en el voltaje de entrada y la carga, y tiene una buena estabilidad del sistema
"Siempre que la potencia del IGBT El margen es lo suficientemente grande, el circuito PWM en modo de voltaje es confiable. "El rendimiento no debería ser un problema" y el costo también ha aumentado mucho. ¡La mayoría de las máquinas de soldadura eléctricas son del tipo actual y el voltaje de salida no es estable! provocar que el protector no funcione correctamente. ¡El tipo actual es más adecuado para las condiciones nacionales de nuestro país!
En ese momento, el IC PWM utilizado es UC3846J, que es raro en China. Está empaquetado en cerámica y tiene un funcionamiento. frecuencia de 100KHz. La placa de circuito es bastante difícil de fabricar. La retroalimentación de corriente utiliza un transformador para muestrear la corriente máxima y un Hall para muestrear la corriente promedio y retroalimentación de doble bucle. El control del tipo de corriente tiene muchos beneficios. La corriente máxima no sólo se utiliza para protección, sino que, lo que es más importante, participa en el control de la retroalimentación de bucle grande. En pocas palabras, la salida del amplificador de error se utiliza para controlar la corriente máxima, por lo que puede responder en medio ciclo (5 microsegundos). La velocidad de respuesta del amplificador no es tan importante, aunque el amplificador de error del UC3846 sí lo es. muy rápido. A veces, la velocidad de respuesta del amplificador se reduce deliberadamente para obtener una velocidad de respuesta más lenta. Por ejemplo, cuando se realiza soldadura por arco de argón, una velocidad de respuesta excesivamente rápida endurecerá las características del arco. Sin embargo, la calidad de una máquina de soldar inversor no es solo el tipo de circuito integrado utilizado para controlarla, sino también los parámetros del circuito de accionamiento. Este parámetro debe ajustarse de acuerdo con las características del elemento de conmutación principal y del diodo rectificador de salida. La configuración del circuito buffer también es muy importante. Todos los aspectos de una máquina de soldar exitosa deben ser perfectos y no necesariamente tienen que costar mucho dinero. La clave sigue siendo una cuestión de coordinación. El conocimiento de los ingenieros nacionales es demasiado limitado y faltan intercambios técnicos, lo que seguirá ampliando la brecha con los productos importados. Estoy dispuesto a brindar a todos todo lo que sé para promover el desarrollo de la tecnología de electrónica de potencia de mi país.
Por ejemplo: Soldadora manual de 400A.
La soldadura manual es el tipo más difícil de todas las máquinas de soldar con inversor y su rango dinámico de carga es el mayor.
Ideas básicas de diseño: Estimación de ingeniería de valores límite de circuitos
1. Determine la capacidad de la máquina de soldar y calcule el voltaje en carga según la fórmula = 20 + 0,04 * 400 = 36 V. Teniendo en cuenta la caída de voltaje del tubo rectificador y la caída de voltaje del cable, se toman 40 V. El voltaje sin carga es de 60V, por lo que la relación de vueltas del transformador principal es 9 (calculada en base a la entrada trifásica de 380V)
2. Calcule la corriente máxima primaria para determinar la capacidad del elemento de conmutación principal. Tome la relación máxima de corriente/vueltas * 120 % = 53 A. Consulte el manual de parámetros y seleccione 75 A, 1200 VIGBT (calculado en base al puente completo del circuito principal). Dependiendo de la frecuencia operativa del IGBT de diferentes fabricantes, la frecuencia operativa se puede seleccionar entre 22-28 KHz.
3.
Se omite el proceso de cálculo de la variable principal. Todo el mundo lo sabe.
4. Para determinar el circuito de control principal, como se acaba de mencionar, para garantizar la seguridad y las características dinámicas de salida del elemento de conmutación principal, se debe utilizar el control de tipo de corriente. Para obtener información sobre UC3846 o UC3825, busque en línea. La retroalimentación sigue siendo la misma que la anterior, transformador de corriente + Hall.
5. Determinación de parámetros de conducción. Quizás todos usen el controlador IC, ¿verdad? De hecho, no es necesario en absoluto cuando el voltaje de salida no es muy alto. Basta con utilizar un transformador de impulsos para conducción unipolar, que es económico y fiable. El voltaje negativo del controlador IC se usa principalmente en ocasiones como convertidores de frecuencia. Está configurado para evitar que el diodo restablezca el voltaje. Las máquinas de soldadura no tienen este problema. El uso de voltaje negativo puede causar que el IGBT se autobloquee y falle. .
6. El valor de la resistencia de la puerta. Pase un cable a través del transformador principal y luego conéctelo al osciloscopio para observación. En este momento, use un regulador de voltaje para reducir el voltaje de entrada y cortocircuitar la salida. Compruebe si el pico de voltaje está en el borde anterior o posterior. Un pico alto en el borde posterior indica que la velocidad de recuperación del rectificador es lenta y es necesario reducir la velocidad de conducción del IGBT. Un pico excesivamente alto en el borde anterior. El borde indica que la velocidad de apagado del IGBT es demasiado rápida y la velocidad de apagado también debe reducirse.
7. circuito amortiguador. El primario usa un bucle RC para conectarse directamente a ambos extremos del transformador principal, y el punto de acceso está lo más cerca posible del IGBT. El secundario también usa un bucle RC para conectarse a ambos extremos del diodo.
En términos generales, es mejor elegir un circuito de puente completo para alta potencia, de modo que la tensión de conmutación del elemento de conmutación principal sea mínima. La polarización magnética unidireccional ya no existe bajo el control del IC de tipo corriente y no se necesita ningún condensador de bloqueo de CC al conectar el transformador principal. Nota: ¡El control del modo actual no se puede utilizar en circuitos de medio puente!
Determinación de la inductancia: En circunstancias normales, se calcula según 3000/f (KHz) = microhenrios. Por ejemplo, 100 KHz, 30 microhenrios, 25 KHz, 120 microhenrios. Al fabricar un inductor, preste atención a la capacidad actual del inductor y a si el flujo magnético se saturará. Una vez que el flujo magnético esté saturado, el IGBT no se quemará, pero las características del arco obviamente se deteriorarán y, en casos severos, el estado del arco. El arco se romperá con frecuencia. 120-170 microhenrios, el inductor de 400A utiliza un núcleo rectangular de 60*60*200 y está enrollado verticalmente con un alambre de cobre plano envuelto en seda de 4*10. Cuando está completamente enrollado, la inductancia es de aproximadamente 170 microhenrios. El arco de la máquina de soldadura manual fabricada con este método es estable, el arco es fácil de iniciar y la corriente no se sobrepasa. Esto garantiza en gran medida la estabilidad del proceso de soldadura. Sobre esta base, se pueden desarrollar otros tipos de máquinas soldadoras, como las máquinas soldadoras de CO2. Siempre que el control de velocidad del alimentador de alambre se cambie a retroalimentación de longitud de arco, se puede obtener una máquina soldadora de CO2 con alimentación de alambre de velocidad variable. tienen todas las características de las características decrecientes. La ventaja más obvia es que las salpicaduras son mínimas, lo que se logra porque no hay exceso de corriente durante el cortocircuito. Al cambiar los parámetros del amplificador UC3846, la corriente puede incluso reducirse a un valor muy pequeño durante la transición del cortocircuito. Una vez restaurado el cortocircuito, el arco comenzará inmediatamente y comenzará el siguiente proceso.
El método principal es usar retroalimentación de potencia de arco para controlar el alimentador de alambre como yo. El IC usado en ese momento era UC3825, conectado a una línea de tipo voltaje, complementado con control de corriente de cortocircuito sincrónico. El multiplicador en ese momento no usaba AD532 para ahorrar costos, pero ingeniosamente usó SG3525 como multiplicador digital. La práctica ha demostrado que el rendimiento es excelente, nada menos que el AD532, y la estabilidad de la temperatura y el punto cero son mejores que los del AD532 con ajuste láser a cero. La fuerza de empuje se refiere a la fuerza de la corriente que empuja la gota hacia el baño fundido durante la transición de cortocircuito. Si la corriente es demasiado pequeña, provocará que se pegue y, si es demasiado grande, provocará salpicaduras. Sin embargo, normalmente el efecto sólo es evidente cuando la corriente de soldadura es pequeña. Esto generalmente se logra utilizando el método de limitación de corriente de cortocircuito.
Sin embargo, el cableado impreso del PWM en modo actual es muy particular. Preste atención a la dirección del cable de tierra y a la selección del punto de conexión a tierra. En términos generales, evite el enrutamiento paralelo de tierra de alimentación y tierra de señal. Para UC3846, el punto de conexión a tierra debe conectarse al extremo de tierra del condensador de desacoplamiento de alta frecuencia, utilizando el método de conexión a tierra en estrella para extender los cables de tierra radialmente. Además, debido a que la tierra de alimentación y la tierra de señal de UC3846 se utilizan exclusivamente, por lo tanto. , el condensador de desacoplamiento de alta frecuencia debe instalarse lo más cerca posible del terminal de tierra del IC. Para este condensador de desacoplamiento de alta frecuencia suele ser mejor utilizar un condensador multicapa de polipropileno de 1 microfaradio.
En aplicaciones de alta frecuencia, UC3846 puede accionar directamente un transformador de pulso, y el circuito es relativamente simple si se va a ampliar con energía, es mejor conectar de forma inversa un diodo Schottky a tierra en su extremo de salida para evitar la conexión a tierra. potencial se vuelva negativo. Nota: UC3846 es un IC de alta sensibilidad con múltiples amplificadores de velocidad ultraalta en su interior. Su ubicación de instalación debe estar alejada de fuentes de interferencia. Si es necesario, también es una buena opción utilizar un blindaje de acero al silicio. Circuito periférico de UC3846
En cuanto al elemento de conmutación de puerta aislado, la velocidad de apagado del circuito de accionamiento debe ser muy rápida. La velocidad de conmutación del elemento de conmutación se ajusta ajustando la resistencia de la puerta. Para conocer su circuito de accionamiento típico, consulte la monografía de MOTOROLA: Transistor de efecto de campo de potencia TMOS. Utiliza rectificación unidireccional de diodos y apagado de descarga de transistores PNP, que es muy rápido. Los valores típicos son de hasta 100 ns. Esto es como pedirle a un BMW que corra a 160 km/h es muy fácil, pero pedirle a Xiali que corra a 160 km/h es difícil. Sólo sobre esta base podemos hablar de ajustar la velocidad de conducción. En términos de costo, el costo de todo el circuito de accionamiento del transformador de impulsos de puente completo es menos de la mitad del precio de los circuitos integrados de controlador como el M57962, y el circuito es simple, entonces, ¿por qué no? Este circuito de accionamiento es común tanto para MOS como para IGBT.
El nuevo UC3825 es más fácil de cablear. Su tierra de alimentación y tierra de señal están separadas. Cuando se utiliza UC3846, la lámina de cobre del cable de tierra debe ser ancha en lugar de estrecha, y cuanto más corta sea la traza desde la tierra eléctrica hasta el punto de tierra, mejor. Además, es necesario espesar la lámina de cobre de la placa de circuito para reducir la resistencia a tierra y la inductancia tanto como sea posible. Si es posible, se puede utilizar un tablero de tres capas, con la capa intermedia como capa base, y el rendimiento se puede mejorar considerablemente.
El circuito de accionamiento del transformador de impulsos tiene una ventaja que otros circuitos no tienen, es decir, el fenómeno de disparo del brazo del puente nunca ocurrirá. Es imposible que el transformador de impulsos produzca niveles altos para los cuatro canales. Sólo puede producir niveles altos alternativamente. Mientras el tiempo muerto sea suficiente, el fenómeno de conducción síncrona nunca ocurrirá. Al conducir con un chip controlador, una vez que ocurre el error de PWM, es muy probable que los dos brazos del puente de altura completa estén conectados (una ocurrencia común), lo que hará que el IGBT se autobloquee en un instante. , el circuito de protección en el chip no tiene poder y solo puede actuar estúpidamente al ver explotar el IGBT. Incluso si no es autoblocante, se producirá una avería secundaria (IGBT también tiene una avería secundaria, pero su resistencia es mucho mayor que la del GTR. Sigue siendo GTR en esencia. MOSFET también lo tiene, pero es mucho más ancho que SOA Generalmente, solo ocurre en niveles extremadamente altos cuando ocurre un voltaje transitorio (el valor típico es 30 V/ns, que generalmente no se considera) y el resultado es el mismo.
Cuando utilice un IGBT de un solo tubo, preste atención al problema de disipación de calor. Nunca agregue una lámina aislante detrás del tubo. Primero fíjelo en un bloque de cobre grueso o un bloque de aluminio. y luego utilícelo en una instalación de aislamiento de gran superficie. De lo contrario, si se sobrecalienta durante un breve periodo de tiempo, se pueden hacer estallar petardos.