IGBT逆變焊機以優良的焊接性能、節能、節材、體積小、重量輕等一系列優點受到國內外焊接界的高度重視，已成為電焊機的主要發展方向，正在得到越來越廣泛的應用。但因其可靠性的問題，許多用戶購買時還很慎重。 
　　手工電弧焊接是一種量大面廣的焊接方法，由于起弧時采用短路引弧的方法，焊接過程中經常出現熔滴與工件短路的現象。對于這種頻繁的短路過程，如果沒有可靠的保護措施，必然引起主功率開關IGBT的過流損壞。因此，IGBT逆變弧焊機PWM控制電路的過流保護，較小脈寬的設置，推力電流的調節等問題是提高整機可靠性的關鍵。 
2　電壓型PWM控制器過流保護固有問題 
　　目前國內市場常見的IGBT逆變弧焊機控制原理如圖1所示。其中PWM控制器通常采用TL494、SG3525等電壓型集成芯片，電流反饋信號一般取自整流輸出端。 
　　圖2為電壓型控制器TL494時序圖。當輸出電流信號由分流器FL檢出nIf與給定電流Ugi比較后，經比例積分放大器放大，控制輸出脈沖寬度。一旦輸出控制脈沖，IGBT導通后，即使產生過電流，PWM控制電路也不可能關斷正在導通的過流脈沖。由于系統存在慣性環節，過流時間還將延長。 
逆變弧焊機的可靠性與IGBT保護 
圖1　IGBT逆變焊機原理 
逆變弧焊機的可靠性與IGBT保護 
圖2　TL494時序圖3　電流型PWM控制電路 
3.1　過流保護原理 
　　電流型PWM控制電路如圖3所示。反饋電流信號由中頻變壓器初級端通過電流互感器取得。由于電流信號取自變壓器初級，反應速度快，保護信號與正在流過IGBT的電流同步，一旦發生過流，PWM立即關斷輸出脈沖，IGBT獲得及時保護。圖4是電流型PWM控制器時序圖。電流型PWM控制器固有的逐個脈沖檢測瞬時電流值的控制方式對輸入電壓和負載變化響應快，系統穩定性好，簡化了IGBT保護電路，大大提高了工作可靠性。 
逆變弧焊機的可靠性與IGBT保護 
圖3　電流型PWM控制電路 
逆變弧焊機的可靠性與IGBT保護 
圖4　電流型PWM控制器時序圖 
3.2　電源外特性與推力電流調節 
　　如圖3所示，不難理解，固有的逐個脈沖進行比較的電流型PWM控制方式下的電源外特性是恒流特性。隨著電流給定信號的增加，外特性曲線右移。 
　　圖3中設置了較小脈寬控制電路。較小脈寬的設置，不僅保證了IGBT的可靠導通，而且滿足了手工電弧焊推力電流的要求。設置較小脈寬后，具有恒流特性的逆變器輸出外特性曲線如圖5所示。低壓部分出現了階梯形狀。其拐點處的電壓Uomin為： 
逆變弧焊機的可靠性與IGBT保護 
式中　Dmin為較小脈沖寬度；Usr為輸入整流電壓；n為中頻變壓器變化；T為震蕩周期 
　　在階梯段電弧系統工作在開環狀態，此時輸出電壓Uomin為開環伏安特性(Uomin應小于焊接電弧電壓Uf)。工件與焊條短路時，短路電流Id由Uomin決定： 
逆變弧焊機的可靠性與IGBT保護 
式中　 
Id為短路電流；Uomin為拐點電壓；Ro為電源內阻；Ry為電纜阻抗 
　　Id的大小將影響引弧性能及熔滴過渡的電磁收縮力，故Id也稱為推力電流。Id太小時，引弧困難，熔深淺；Id太大時，會引起飛濺，并且容易造成主開關管的過流損壞。圖3中通過電流互感器取出電流反饋信號與推力給定信號相比較，當反饋信號大于給定信號時，定時觸發器翻轉，關閉PWM輸出；經過一段時間定時后PWM重新輸出。如果反饋信號仍然大于給定信號，則重復上述過程，從而限制了推力電流Id，調節推力電流給定信號，可以改變推力電流大小。 
逆變弧焊機的可靠性與IGBT保護 
圖5　輸出外特性曲線 
4　結論 
　　(1)IGBT逆變焊機PWM控制電路妥善解決推力電流與過流保護問題，是提高焊機工藝性能與可靠性的關鍵。 
　　(2)反饋電流信號取自中頻變壓器初級，采用電流型PWM控制電路，固有的逐個脈沖檢測方式，簡化了過流保護電路，可靠性大大提高。 
　　(3)手工電弧焊的推力電流將影響引弧性能及熔深的大小，采用設置較小脈寬和間歇關閉PWM輸出脈沖的方式，可以妥善解決推力電流調節與過流保護的問題。