IGBT高頻電源應(yīng)用

一、用在熱處理:

1.五金工具高頻淬火熱處理，如;虎鉗、錘、大力鉗、扳手。

2.各種汽、摩配高頻淬火熱處理，如:曲軸、連桿、活塞銷、凸輪軸、氣門(mén)、變速箱內(nèi)的各種齒輪、各種拔叉、各種花鍵軸、傳動(dòng)半軸、各種小軸、曲柄銷、各種搖臂、搖臂軸等高頻淬火熱處理。

3.液壓元件，如:柱塞泵的柱塞、轉(zhuǎn)子泵的轉(zhuǎn)子、各種閥門(mén)上的換向軸、齒輪泵的齒輪等高頻淬火熱處理。

4.各種電動(dòng)工具齒輪、軸的高頻淬火熱處理。

5.各種木工工具，如:斧頭、刨刀等熱處理。

焊接行業(yè):

1.各種車刀、刨刀、銑刀等機(jī)加工刃具的焊接。

2.各種金鋼石工具的焊接，如:金鋼石鋸片、金鋼石鉆具的焊接。

3.各種一字型釬頭、柱齒釬頭、燕型煤鉆頭、鉚桿鉆頭。

4.各種采煤機(jī)截齒的焊接、各種掘機(jī)截齒的焊接。

5.各種機(jī)械用刀具的焊接。

三.鍛壓行業(yè):

1.各種標(biāo)準(zhǔn)件，非標(biāo)準(zhǔn)件的熱墩。

2.鉗子、扳手等五金工具的鍛前加熱等。

3.釬具、釬尾尾柄、錐體、釬頭鍛造等。

4.不銹鋼容器的擠壓成型。

IGBT中頻電源是一種采用串聯(lián)諧振式的中頻感應(yīng)熔煉爐電源，它的逆變器件為一種新型IGBT模塊(絕緣柵雙極性晶體管，德國(guó)西門(mén)子生產(chǎn))，它主要用于熔煉普通碳素鋼、合金鋼、鑄鋼、有色金屬。具有熔化速度快、節(jié)能、高次諧波污染低等優(yōu)點(diǎn)。

IGBT中頻電源為一種恒功率輸出電源，逆變頻率時(shí)刻跟蹤負(fù)載變化，達(dá)到完全諧振，加少量料即可達(dá)到滿功率輸出，并且始終保持不變，所以熔化速度快;因逆變部分采用串聯(lián)諧振，并且逆變電壓高，比普通可控硅中頻節(jié)能;IGBT中頻采用調(diào)頻調(diào)功，整流部分采用全橋整流，電感和電容濾波，且一直工作在500V，所以IGBT中頻產(chǎn)生高次諧波小，對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生污染更低。

榮泰節(jié)能型IGBT晶體管節(jié)能的主要原因有以下個(gè)幾方面:

1)、逆變電壓高，電流小，線路損耗小，此部分可節(jié)能15%左右，節(jié)能型IGBT晶體管中頻電源逆變電壓為2800V,而傳統(tǒng)可控硅中頻電源逆變電壓僅為750V，電流小了近4倍，線路損耗大降低。

2)、功率因數(shù)高，功率因數(shù)始終大于0.98，無(wú)功損耗小，此部分比可控硅中頻電源節(jié)能3%-5%。由于節(jié)能型IGBT晶體管中頻電源采用了半可控整流方式，整流部分不調(diào)可控硅導(dǎo)通角，所以整個(gè)工作過(guò)程功率因數(shù)始終大于0.98，無(wú)功損耗小。

3)、爐體熱損失小，由于節(jié)能型IGBT晶體管中頻電源比同等功率可控硅中頻電源一爐可快15分鐘左

右，15分鐘的時(shí)間內(nèi)爐口損失的熱量可占整個(gè)過(guò)程的3%，所以此部分比可控硅中頻可節(jié)能3%左右。

恒功率輸出:可控硅中頻電源采用調(diào)壓調(diào)功，而榮泰節(jié)能型IGBT晶體管中頻電源采用調(diào)頻調(diào)功，它不受爐料多少和爐襯厚薄的影響，在整個(gè)熔煉過(guò)程中保持恒功率輸出，尤其是生產(chǎn)不銹鋼、銅、鋁等不導(dǎo)磁物質(zhì)時(shí)，更顯示它的優(yōu)越性，熔化速度快、爐料元素?zé)龘p少，降低鑄造成本。

A、功率顯示功能;

B、耗電量測(cè)示和存貯功能;

C、故障報(bào)警中文顯示和解決辦法自動(dòng)提示功能;

D、生產(chǎn)數(shù)據(jù)保存及查詢功能;

E、自動(dòng)啟動(dòng)和自動(dòng)停止:本功能主要防止用戶誤操作，通過(guò)自動(dòng)啟停控制PLC將自動(dòng)按順序合閘

和分閘，不會(huì)存在誤操作現(xiàn)象，同時(shí)用戶很容易掌握操作方法。

IGBT模塊的電壓規(guī)格與所使用裝置的輸入電源即試電電源電壓緊密相關(guān)。使用中當(dāng)IGBT模塊集電極電流增大時(shí)，所產(chǎn)生的額定損耗亦變大。同時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗增大，使原件發(fā)熱加劇，因此，選用IGBT模塊時(shí)額定電流應(yīng)大于負(fù)載電流。特別是用作高頻開(kāi)關(guān)時(shí)，由于開(kāi)關(guān)損耗增大，發(fā)熱加劇，選用時(shí)應(yīng)該降等使用。

IGBT Modules 在使用中的注意事項(xiàng)

由于IGBT模塊為MOSFET結(jié)構(gòu)，IGBT的柵極通過(guò)一層氧化膜與發(fā)射極實(shí)現(xiàn)電隔離。由于此氧化膜很薄，其擊穿電壓一般達(dá)到20~30V。因此因靜電而導(dǎo)致柵極擊穿是IGBT失效的常見(jiàn)原因之一。因此使用中要注意以下幾點(diǎn):在使用模塊時(shí)，盡量不要用手觸摸驅(qū)動(dòng)端子部分，當(dāng)必須要觸摸模塊端子時(shí)，要先將人體或衣服上的靜電用大電阻接地進(jìn)行放電后，再觸摸;在用導(dǎo)電材料連接模塊驅(qū)動(dòng)端子時(shí)，在配線未接好之前請(qǐng)先不要接上模塊;盡量在底板良好接地的情況下操作。

在應(yīng)用中有時(shí)雖然保證了柵極驅(qū)動(dòng)電壓沒(méi)有超過(guò)柵極最大額定電壓，但柵極連線的寄生電感和柵極與集電極間的電容耦合，也會(huì)產(chǎn)生使氧化層損壞的振蕩電壓。為此，通常采用雙絞線來(lái)傳送驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以減少寄生電感。在柵極連線中串聯(lián)小電阻也可以抑制振蕩電壓。

此外，在柵極-發(fā)射極間開(kāi)路時(shí)，若在集電極與發(fā)射極間加上電壓，則隨著集電極電位的變化，由于集電極有漏電流流過(guò)，柵極電位升高，集電極則有電流流過(guò)。這時(shí)，如果集電極與發(fā)射極間存在高電壓，則有可能使IGBT發(fā)熱及至損壞。

在使用IGBT的場(chǎng)合，當(dāng)柵極回路不正?；驏艠O回路損壞時(shí)(柵極處于開(kāi)路狀態(tài))，若在主回路上加上電壓，則IGBT就會(huì)損壞，為防止此類故障，應(yīng)在柵極與發(fā)射極之間串接一只10KΩ左右的電阻。

在安裝或更換IGBT模塊時(shí)，應(yīng)十分重視IGBT模塊與散熱片的接觸面狀態(tài)和擰緊程度。為了減少接觸熱阻，最好在散熱器與IGBT模塊間涂抹導(dǎo)熱硅脂。一般散熱片底部安裝有散熱風(fēng)扇，當(dāng)散熱風(fēng)扇損壞中散熱片散熱不良時(shí)將導(dǎo)致IGBT模塊發(fā)熱，而發(fā)生故障。因此對(duì)散熱風(fēng)扇應(yīng)定期進(jìn)行檢查，一般在散熱片上靠近 IGBT模塊的地方安裝有溫度感應(yīng)器，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)將報(bào)警或停止IGBT模塊工作。

一個(gè)理想的 igbt 驅(qū)動(dòng)器應(yīng)具有以下基本性能: (1)動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng) ,能為 igbt 柵極提供具有陡峭前后沿的驅(qū)動(dòng)脈沖。當(dāng) igbt 在硬開(kāi)關(guān)方式下工作時(shí) ,會(huì)在開(kāi)通及關(guān)斷過(guò)程中產(chǎn)生較大的開(kāi)關(guān)損耗。這個(gè)過(guò)程越長(zhǎng) ,開(kāi)關(guān)損耗越大。器件工作頻率較高時(shí) ,開(kāi)關(guān)損耗甚至?xí)蟠蟪^(guò) igbt 通態(tài)損耗 ,造成管芯溫升較高。 這種情況會(huì)大大限制 igbt 的開(kāi)關(guān)頻率和輸出能力 ,同時(shí)對(duì) igbt的安全工作構(gòu)成很大威脅。 igbt的開(kāi)關(guān)速度與其柵極控制信號(hào)的變化速度密切相關(guān)。igbt 的柵源特性呈非線性電容性質(zhì) ,因此 ,驅(qū)動(dòng)器須具有足夠的瞬時(shí)電流吞吐能力 ,才能使 igbt 柵源電壓建立或消失得足夠快 ,從而使開(kāi)關(guān)損耗降至較低的水平。 另一方面 ,驅(qū)動(dòng)器內(nèi)阻也不能過(guò)小 ,以免驅(qū)動(dòng)回路的雜散電感與柵極電容形成欠阻尼振蕩。同時(shí) ,過(guò)短的開(kāi)關(guān)時(shí)間也會(huì)造成主回路過(guò)高的電流尖峰 ,這既對(duì)主回路安全不利 ,也容易在控制電路中造成干擾。 ( 2) 能向 igbt提供適當(dāng)?shù)恼驏艍?。 igbt導(dǎo)通后的管壓降與所加?xùn)旁措妷河嘘P(guān) ,在漏源電流一定的情況下 , u 越高 , u 就越低 ,gs ds器件的導(dǎo)通損耗就越小 ,這有利于充分發(fā)揮管子的工作能力。但是 并非越高越好 一般, ugs ,不允許超過(guò) 原因是一旦發(fā)生過(guò)流或短路20v , ,柵壓越高 則電流幅值越高 損壞的可能, ,igbt性就越大。通常 ,綜合考慮取 +15v 為宜。 (3) 能向 igbt 提供足夠的反向柵壓。在igbt關(guān)斷期間 ,由于電路中其它部分的工作 ,會(huì)在柵極電路中產(chǎn)生一些高頻振蕩信號(hào)。這些信號(hào)輕則會(huì)使本該截止的 igbt 處于微通狀態(tài) ,增加管子的功耗 ,重則將使逆變電路處于短路直通狀態(tài)。因此 ,最好給應(yīng)處于截止?fàn)顟B(tài)的igbt加一反向柵壓(幅值一般為 5~15v) ,使igbt在柵極出現(xiàn)開(kāi)關(guān)噪聲時(shí)仍能可靠截止。 (4)有足夠的輸入輸出電隔離能力。在許多設(shè)備中 與工頻電網(wǎng)有直接電聯(lián)系 而,igbt ,控制電路一般不希望如此。另外許多電路(如橋式逆變器)中的 的工作電位差別很大igbt ,也不允許控制電路與其直接耦合。因此 驅(qū)動(dòng),器具有電隔離能力可以保證設(shè)備的正常工作 ,同時(shí)有利于維修調(diào)試人員的人身安全。但是 ,這種電隔離不應(yīng)影響驅(qū)動(dòng)信號(hào)的正常傳輸。 (5) 具有柵壓限幅電路 ,保護(hù)柵極不被擊穿。igbt柵極極限電壓一般為 ±20v ,驅(qū)動(dòng)信號(hào)超出此范圍就可能破壞柵極。(6)輸入輸出信號(hào)傳輸無(wú)延時(shí)。這一方面能夠減少系統(tǒng)響應(yīng)滯后 ,另一方面能提高保護(hù)的快速性。 (7)電路簡(jiǎn)單 ,成本低。 (8) igbt損壞時(shí) ,驅(qū)動(dòng)電路中的其它元件不會(huì)隨之損壞。igbt燒毀時(shí) ,集電極上的高電壓往往會(huì)通過(guò)已被破壞的柵極竄入驅(qū)動(dòng)電路 ,從而破壞其中的某些元件。 由于 igbt 承受過(guò)流或短路的能力有限 ,故 igbt驅(qū)動(dòng)器還應(yīng)具有如下功能: (9)當(dāng) igbt處于負(fù)載短路或過(guò)流狀態(tài)時(shí) ,能在 igbt允許時(shí)間內(nèi)通過(guò)逐漸降低柵壓自動(dòng)抑制故障電流 ,實(shí)現(xiàn) igbt 的軟關(guān)斷。其目的是避免快速關(guān)斷故障電流造成過(guò)高的 di/ dt。 在雜散電感的作用下 ,過(guò)高的 di/ dt 會(huì)產(chǎn)生過(guò)高的電壓尖峰 ,使 igbt 承受不住而損壞。同理 ,驅(qū)動(dòng)電路的軟關(guān)斷過(guò)程不應(yīng)隨輸入信號(hào)的消失而受到影響 ,即應(yīng)具有定時(shí)邏輯柵壓控制的功能。當(dāng)出現(xiàn)過(guò)流時(shí) ,無(wú)論此時(shí)有無(wú)輸入信號(hào) ,都應(yīng)無(wú)條件地實(shí)現(xiàn)軟關(guān)斷。 在各種設(shè)備中 ,二極管的反向恢復(fù)、電磁性負(fù)載的分布電容及關(guān)斷吸收電路等都會(huì)在igbt開(kāi)通時(shí)造成尖峰電流。驅(qū)動(dòng)器應(yīng)具備抑制這一瞬時(shí)過(guò)流的能力 ,在尖峰電流過(guò)后 ,應(yīng)能恢復(fù)正常柵壓 ,保證電路的正常工作。 (10)在出現(xiàn)短路、過(guò)流的情況下 ,能迅速發(fā)出過(guò)流保護(hù)信號(hào) ,供控制電路進(jìn)行處理。