IGBT高频电源应用

一、用在热处理:

1.五金工具高频淬火热处理，如;虎钳、锤、大力钳、扳手。

2.各种汽、摩配高频淬火热处理，如:曲轴、连杆、活塞销、凸轮轴、气门、变速箱内的各种齿轮、各种拔叉、各种花键轴、传动半轴、各种小轴、曲柄销、各种摇臂、摇臂轴等高频淬火热处理。

3.液压元件，如:柱塞泵的柱塞、转子泵的转子、各种阀门上的换向轴、齿轮泵的齿轮等高频淬火热处理。

4.各种电动工具齿轮、轴的高频淬火热处理。

5.各种木工工具，如:斧头、刨刀等热处理。

焊接行业:

1.各种车刀、刨刀、铣刀等机加工刃具的焊接。

2.各种金钢石工具的焊接，如:金钢石锯片、金钢石钻具的焊接。

3.各种一字型钎头、柱齿钎头、燕型煤钻头、铆杆钻头。

4.各种采煤机截齿的焊接、各种掘机截齿的焊接。

5.各种机械用刀具的焊接。

三.锻压行业:

1.各种标准件，非标准件的热墩。

2.钳子、扳手等五金工具的锻前加热等。

3.钎具、钎尾尾柄、锥体、钎头锻造等。

4.不锈钢容器的挤压成型。

IGBT中频电源是一种采用串联谐振式的中频感应熔炼炉电源，它的逆变器件为一种新型IGBT模块(绝缘栅双极性晶体管，德国西门子生产)，它主要用于熔炼普通碳素钢、合金钢、铸钢、有色金属。具有熔化速度快、节能、高次谐波污染低等优点。

IGBT中频电源为一种恒功率输出电源，逆变频率时刻跟踪负载变化，达到完全谐振，加少量料即可达到满功率输出，并且始终保持不变，所以熔化速度快;因逆变部分采用串联谐振，并且逆变电压高，比普通可控硅中频节能;IGBT中频采用调频调功，整流部分采用全桥整流，电感和电容滤波，且一直工作在500V，所以IGBT中频产生高次谐波小，对电网产生污染更低。

荣泰节能型IGBT晶体管节能的主要原因有以下个几方面:

1)、逆变电压高，电流小，线路损耗小，此部分可节能15%左右，节能型IGBT晶体管中频电源逆变电压为2800V,而传统可控硅中频电源逆变电压仅为750V，电流小了近4倍，线路损耗大降低。

2)、功率因数高，功率因数始终大于0.98，无功损耗小，此部分比可控硅中频电源节能3%-5%。由于节能型IGBT晶体管中频电源采用了半可控整流方式，整流部分不调可控硅导通角，所以整个工作过程功率因数始终大于0.98，无功损耗小。

3)、炉体热损失小，由于节能型IGBT晶体管中频电源比同等功率可控硅中频电源一炉可快15分钟左

右，15分钟的时间内炉口损失的热量可占整个过程的3%，所以此部分比可控硅中频可节能3%左右。

恒功率输出:可控硅中频电源采用调压调功，而荣泰节能型IGBT晶体管中频电源采用调频调功，它不受炉料多少和炉衬厚薄的影响，在整个熔炼过程中保持恒功率输出，尤其是生产不锈钢、铜、铝等不导磁物质时，更显示它的优越性，熔化速度快、炉料元素烧损少，降低铸造成本。

A、功率显示功能;

B、耗电量测示和存贮功能;

C、故障报警中文显示和解决办法自动提示功能;

D、生产数据保存及查询功能;

E、自动启动和自动停止:本功能主要防止用户误操作，通过自动启停控制PLC将自动按顺序合闸

和分闸，不会存在误操作现象，同时用户很容易掌握操作方法。

IGBT模块的电压规格与所使用装置的输入电源即试电电源电压紧密相关。使用中当IGBT模块集电极电流增大时，所产生的额定损耗亦变大。同时，开关损耗增大，使原件发热加剧，因此，选用IGBT模块时额定电流应大于负载电流。特别是用作高频开关时，由于开关损耗增大，发热加剧，选用时应该降等使用。

IGBT Modules 在使用中的注意事项

由于IGBT模块为MOSFET结构，IGBT的栅极通过一层氧化膜与发射极实现电隔离。由于此氧化膜很薄，其击穿电压一般达到20~30V。因此因静电而导致栅极击穿是IGBT失效的常见原因之一。因此使用中要注意以下几点:在使用模块时，尽量不要用手触摸驱动端子部分，当必须要触摸模块端子时，要先将人体或衣服上的静电用大电阻接地进行放电后，再触摸;在用导电材料连接模块驱动端子时，在配线未接好之前请先不要接上模块;尽量在底板良好接地的情况下操作。

在应用中有时虽然保证了栅极驱动电压没有超过栅极最大额定电压，但栅极连线的寄生电感和栅极与集电极间的电容耦合，也会产生使氧化层损坏的振荡电压。为此，通常采用双绞线来传送驱动信号，以减少寄生电感。在栅极连线中串联小电阻也可以抑制振荡电压。

此外，在栅极-发射极间开路时，若在集电极与发射极间加上电压，则随着集电极电位的变化，由于集电极有漏电流流过，栅极电位升高，集电极则有电流流过。这时，如果集电极与发射极间存在高电压，则有可能使IGBT发热及至损坏。

在使用IGBT的场合，当栅极回路不正常或栅极回路损坏时(栅极处于开路状态)，若在主回路上加上电压，则IGBT就会损坏，为防止此类故障，应在栅极与发射极之间串接一只10KΩ左右的电阻。

在安装或更换IGBT模块时，应十分重视IGBT模块与散热片的接触面状态和拧紧程度。为了减少接触热阻，最好在散热器与IGBT模块间涂抹导热硅脂。一般散热片底部安装有散热风扇，当散热风扇损坏中散热片散热不良时将导致IGBT模块发热，而发生故障。因此对散热风扇应定期进行检查，一般在散热片上靠近 IGBT模块的地方安装有温度感应器，当温度过高时将报警或停止IGBT模块工作。

一个理想的 igbt 驱动器应具有以下基本性能: (1)动态驱动能力强 ,能为 igbt 栅极提供具有陡峭前后沿的驱动脉冲。当 igbt 在硬开关方式下工作时 ,会在开通及关断过程中产生较大的开关损耗。这个过程越长 ,开关损耗越大。器件工作频率较高时 ,开关损耗甚至会大大超过 igbt 通态损耗 ,造成管芯温升较高。 这种情况会大大限制 igbt 的开关频率和输出能力 ,同时对 igbt的安全工作构成很大威胁。 igbt的开关速度与其栅极控制信号的变化速度密切相关。igbt 的栅源特性呈非线性电容性质 ,因此 ,驱动器须具有足够的瞬时电流吞吐能力 ,才能使 igbt 栅源电压建立或消失得足够快 ,从而使开关损耗降至较低的水平。 另一方面 ,驱动器内阻也不能过小 ,以免驱动回路的杂散电感与栅极电容形成欠阻尼振荡。同时 ,过短的开关时间也会造成主回路过高的电流尖峰 ,这既对主回路安全不利 ,也容易在控制电路中造成干扰。 ( 2) 能向 igbt提供适当的正向栅压 。 igbt导通后的管压降与所加栅源电压有关 ,在漏源电流一定的情况下 , u 越高 , u 就越低 ,gs ds器件的导通损耗就越小 ,这有利于充分发挥管子的工作能力。但是 并非越高越好 一般, ugs ,不允许超过 原因是一旦发生过流或短路20v , ,栅压越高 则电流幅值越高 损坏的可能, ,igbt性就越大。通常 ,综合考虑取 +15v 为宜。 (3) 能向 igbt 提供足够的反向栅压。在igbt关断期间 ,由于电路中其它部分的工作 ,会在栅极电路中产生一些高频振荡信号。这些信号轻则会使本该截止的 igbt 处于微通状态 ,增加管子的功耗 ,重则将使逆变电路处于短路直通状态。因此 ,最好给应处于截止状态的igbt加一反向栅压(幅值一般为 5~15v) ,使igbt在栅极出现开关噪声时仍能可靠截止。 (4)有足够的输入输出电隔离能力。在许多设备中 与工频电网有直接电联系 而,igbt ,控制电路一般不希望如此。另外许多电路(如桥式逆变器)中的 的工作电位差别很大igbt ,也不允许控制电路与其直接耦合。因此 驱动,器具有电隔离能力可以保证设备的正常工作 ,同时有利于维修调试人员的人身安全。但是 ,这种电隔离不应影响驱动信号的正常传输。 (5) 具有栅压限幅电路 ,保护栅极不被击穿。igbt栅极极限电压一般为 ±20v ,驱动信号超出此范围就可能破坏栅极。(6)输入输出信号传输无延时。这一方面能够减少系统响应滞后 ,另一方面能提高保护的快速性。 (7)电路简单 ,成本低。 (8) igbt损坏时 ,驱动电路中的其它元件不会随之损坏。igbt烧毁时 ,集电极上的高电压往往会通过已被破坏的栅极窜入驱动电路 ,从而破坏其中的某些元件。 由于 igbt 承受过流或短路的能力有限 ,故 igbt驱动器还应具有如下功能: (9)当 igbt处于负载短路或过流状态时 ,能在 igbt允许时间内通过逐渐降低栅压自动抑制故障电流 ,实现 igbt 的软关断。其目的是避免快速关断故障电流造成过高的 di/ dt。 在杂散电感的作用下 ,过高的 di/ dt 会产生过高的电压尖峰 ,使 igbt 承受不住而损坏。同理 ,驱动电路的软关断过程不应随输入信号的消失而受到影响 ,即应具有定时逻辑栅压控制的功能。当出现过流时 ,无论此时有无输入信号 ,都应无条件地实现软关断。 在各种设备中 ,二极管的反向恢复、电磁性负载的分布电容及关断吸收电路等都会在igbt开通时造成尖峰电流。驱动器应具备抑制这一瞬时过流的能力 ,在尖峰电流过后 ,应能恢复正常栅压 ,保证电路的正常工作。 (10)在出现短路、过流的情况下 ,能迅速发出过流保护信号 ,供控制电路进行处理。