用于交流氬弧焊機中的igbt保護電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種用于交流氬弧焊機中的IGBT保護電路，該IGBT保護電路連接一IGBT，包括：一檢測電路，該檢測電路與該IGBT的柵極連接，用于檢測該IGBT的故障信號并輸出一信號；一第一延時電路，該第一延時電路用于接收該檢測電路的輸出信號；一或門，該或門接收一低電平信號及該第一延時電路的輸出信號；一反相電路，該反相電路接收該或門的輸出信號并對該信號進行反相；一開關(guān)單元，該開關(guān)單元接收該反相電路的輸出信號，并根據(jù)該輸出信號導(dǎo)通；一第二延時電路，該第二延時電路接收該開關(guān)單元的輸出信號；一驅(qū)動單元，該驅(qū)動單元接收該第二延時單元的輸出信號，并輸出一零電位驅(qū)動信號以斷開該IGBT的柵極電壓。
【專利說明】
用于交流氬弧焊機中的IGBT保護電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種交流氬弧焊技術(shù)，尤其涉及一種用于交流氬弧焊機的IGBT的過流保護技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]交流氬弧焊是交流鎢極氬弧焊的簡稱，是指采用輸出按一定周期交化的電流，用鎢電極作為焊接電極，高純度氬氣作為保護氣體的焊接工藝，簡稱交流氬弧焊(TIG)，常用于有色金屬(鋁、鎂、銅等)及黑色金屬(不銹鋼、碳鋼等)的焊接。交流氬弧焊機不僅具有直流正焊接的諸多優(yōu)點，還可以利用交流負(fù)極性半波的陰極破碎(霧化)作用，清除鋁、鎂及其金屬表面的氧化膜，廣泛應(yīng)用于鋁鎂及其合金的焊接。當(dāng)工件為負(fù)極時，表面生成的氧化膜逸出功小.易發(fā)射電子，所以陰極斑點總是優(yōu)先在氧化膜處形成。工件為冷陰極材料時，陰極區(qū)有很高的電壓降，因此陰極斑點能量密度相當(dāng)高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于陽極。正離子在陰極電場作用下高速撞擊氧化膜，使得氧化膜破碎、分解而被清理掉，接著陰極斑點又在鄰近氧化膜上發(fā)射電子，繼而又被清理，陰極斑點始終在金屬表面的氧化膜上游動，被清理的氧化膜面積也不斷地擴大，直到不在氬氣所能保護的范圍內(nèi)。清理作用的強弱與陰極區(qū)的能量密度和正離子質(zhì)量有關(guān)，能量密度越高，離子質(zhì)量越大，清理效果越好。正接時，工件轉(zhuǎn)為陽極不存在清除氧化膜的功能。
[0003]由于IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor絕緣柵雙極型晶體管)的過流能力不夠理想，電路狀態(tài)出現(xiàn)異常時很容易損壞，對于交流氬弧焊機中逆變電路的開關(guān)器件IGBT的保護是一個重點和難點。常用的保護電路思路是希望在檢測電路發(fā)生異常時，就切斷IGBT的柵極供電，IGBT的驅(qū)動多采用專用的混合集成驅(qū)動器，例如三菱公司的M579系列和富士通的EXB系列，內(nèi)部集成了檢測和保護環(huán)節(jié)，一旦檢測到過流便迅速響應(yīng)并關(guān)斷IGBT，即使只是干擾信號或者過流信號消除也不會恢復(fù)驅(qū)動，但是在實際應(yīng)用中，電網(wǎng)干擾、外部干擾和自身產(chǎn)生的干擾都會對機器的可靠性判斷產(chǎn)生影響，一旦發(fā)生誤判，機器將停止工作，無法自動恢復(fù)，影響正常的工作。
[0004]有鑒于此，現(xiàn)有技術(shù)中亟需要一種新的有效的IGBT保護電路，同時還具有低成本的優(yōu)勢。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本實用新型公開一種用于交流氬弧焊機中的IGBT保護電路。
[0006]為了實現(xiàn)上述實用新型目的，本實用新型提供一種用于交流氬弧焊機中的IGBT保護電路，該IGBT保護電路連接一 IGBT，其特征在于，該IGBT保護電路包括:
[0007]一檢測電路，該檢測電路與該IGBT的柵極連接，用于檢測該IGBT的故障信號并輸出一信號;一第一延時電路，該第一延時電路用于接收該檢測電路的輸出信號；一或門，該或門接收一電平信號及該第一延時電路的輸出信號；一反相電路，該反相電路接收該或門的輸出信號并對該信號進行反相;一開關(guān)單元，該開關(guān)單元接收該反相電路的輸出信號，并根據(jù)該輸出信號導(dǎo)通;一第二延時電路，該第二延時電路接收該開關(guān)單元的輸出信號;一驅(qū)動單元，該驅(qū)動單元接收該第二延時電路的輸出信號，并輸出一零電位驅(qū)動信號以斷開該IGBT的柵極電壓。
[0008]更進一步地，該第一與第二延時電路均由兩個反相器串聯(lián)而成。
[0009]該或門由二極管D2和D3并聯(lián)而成。該檢測電路包括穩(wěn)壓管ZDl和二極管D4、D5;該二極管D4的一端連接該IGBT的集電極，另一端連接該第一延時電路;該二級管D5的一端連接該IGBT的柵極，另一端連接該穩(wěn)壓管ZDl;該穩(wěn)壓管ZDl的另一端連接該第一延時電路。該電平信號由電阻R3及電阻R4分壓后獲得。該第一延時電路和第二延時電路和反相電路由MC14584芯片構(gòu)成。該驅(qū)動單元由芯片TC4420構(gòu)成。該開關(guān)單元由一二極管Dl組成。該故障信號是IGBT過流或斷路。
[0010]本實用新型同時公開一種用于交流氬弧焊機中的IGBT保護方法，包括:步驟一、檢測該IGBT的柵極信號并對該柵極信號進行延時；步驟二、判斷該延時后的柵極信號是高電平或低電平，當(dāng)該柵極信號是高電平時，驅(qū)動一開關(guān)導(dǎo)通；當(dāng)該柵極信號是低電平時，該開關(guān)關(guān)斷；步驟三、當(dāng)該開關(guān)導(dǎo)通時形成一導(dǎo)通信號，該導(dǎo)通信號經(jīng)延時后輸出一零電位驅(qū)動信號以斷開該IGBT的柵極電壓。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實用新型提供的用于交流氬弧焊機中的IGBT保護電路，可以有效地探測IGBT是否輸出一故障信號。如IGBT輸出故障信號，控制信號就被切斷，控制信號切斷后，IGBT的集電極電流就會降低到額定范圍，這時系統(tǒng)認(rèn)為故障消除，恢復(fù)供電再次檢測IGBT集電極是否過流，如果過流再切斷控制信號，如果集電極電流在額定范圍內(nèi)，那么系統(tǒng)將恢復(fù)正常工作。這樣可以防止IGBT管子因為過熱損壞，還能在在故障恢復(fù)后，給IGBT的柵極正常供電，防止誤判，避免了因外界影響而導(dǎo)致的工作中斷。另一方面，本實用新型中所用到的芯片TC4420和MC14584價格低廉，遠(yuǎn)低于現(xiàn)有技術(shù)中所使用的混合集成驅(qū)動器，在很大程度上節(jié)約了焊機的制造成本。
【附圖說明】
[0012]關(guān)于本實用新型的優(yōu)點與精神可以通過以下的實用新型詳述及所附圖式得到進一步的了解。
[0013]圖1是本實用新型提供的IGBT保護電路的打嗝保護的原理示意圖；
[0014]圖2是本實用新型提供的IGBT保護電路的電路連接示意圖。主要圖示說明
[0015]1-保護電路2-交流氬弧焊機的主電路
[0016]11-開關(guān)12-延時電路
[0017]13-驅(qū)動電路14-1GBT
[0018]15-檢測電路16-延時電路
[0019]17-低電平18-或門
[0020]19-反相
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本實用新型的具體實施例。
[0022]本實用新型的目的是在交流氬弧焊機過流時保護IGBT，當(dāng)IGBT的集電極電流超出額定值時，并不是在檢測到一次短路時直接切斷IGBT柵極控制信號，而是不斷掃描檢測故障是否消除，一旦故障或干擾消除，集電極電流恢復(fù)到額定范圍內(nèi)，電路又能恢復(fù)正常工作狀態(tài)。本實用新型所提供的這種間歇性切除控制信號的控制方法，也就是所謂的“打嗝保護法”。這是對系統(tǒng)判斷是否出現(xiàn)故障的標(biāo)準(zhǔn)是就是IGBT集電極電流是否過流時的一種形象的描述。保護電路的控制信號在不斷地試探，IGBT如果過流，控制信號就被切斷?？刂菩盘柷袛嗪螅琁GBT的集電極電流就會降低到額定范圍，這時系統(tǒng)認(rèn)為故障消除，恢復(fù)供電?；謴?fù)供電后保護電路再次檢測IGBT集電極是否過流，如果過流再切斷控制信號，如果集電極電流在額定范圍內(nèi)，那么系統(tǒng)將恢復(fù)正常工作，如此反復(fù)。這樣可以防止IGBT過流，既保護了 IGBT，也避免因外界影響而導(dǎo)致工作中斷。
[0023]如圖1所示，圖1是本實用新型提供的IGBT保護電路的打嗝保護的原理示意圖。該IGBT保護電路I連接一 IGBT14。該IGBT保護電路I包括檢測電路15，該檢測電路15與該IGBT14的柵極連接，用于檢測IGBT14的故障信號并輸出一信號。當(dāng)IGBT故障時，檢測電路15輸出高電平信號。第一延時電路16，該第一延時電路16用于接收該檢測電路的輸出信號?；蜷T18，該或門18接收一低電平信號17及該第一延時電路16的輸出信號。反相電路19，該反相電路19接收該或門18的輸出信號并對該信號進行反相。開關(guān)單元11，該開關(guān)單元11接收該反相電路19的輸出信號，并根據(jù)該輸出信號導(dǎo)通。當(dāng)反相電路19輸出高電平時，開關(guān)單元11導(dǎo)通；當(dāng)反相電路19輸出低電平時，開關(guān)單元11關(guān)斷。第二延時電路12，該第二延時電路12接收該開關(guān)單元11的輸出信號。驅(qū)動單元13，該驅(qū)動單元13接收該第二延時單元12的輸出信號，并輸出一零電位驅(qū)動信號以斷開該IGBT14的柵極電壓。
[0024]圖2是本實用新型提供的IGBT保護電路的電路連接示意圖。
[0025]在本實施例中。該第一延時電路由兩個反相器UlC和UlD串聯(lián)而成。或門由二極管D2和D3并聯(lián)而成。該檢測電路包括穩(wěn)壓管ZDl和二極管D4、D5;該二極管D4的一端連接該IGBT的集電極，另一端連接該第一延時電路;該二級管D5的一端連接該IGBT的柵極，另一端連接該穩(wěn)壓管ZDl;該穩(wěn)壓管ZDl的另一端連接該第一延時電路。第二延時電路由反相器UlA和UlB構(gòu)成。
[0026]低電平信號是由15V的電壓源經(jīng)兩個電阻R4、R34分壓得到高電平，再反相后獲得。低電平經(jīng)過或門與第一延時電路的輸出信號進行或操作，如果第一延時電路的輸出信號為高電平，經(jīng)過或操作后得到高電平，再次經(jīng)過反相得到低電平，此時開關(guān)關(guān)斷；如果第一延時電路的輸出信號為低電平，經(jīng)過或操作后得到低電平，再次經(jīng)過反相得到高電平，此時開關(guān)導(dǎo)通。在本實施例第一第二延時電路及反相器均MC14584芯片構(gòu)成，而驅(qū)動電路由芯片TC4420構(gòu)成。其中TC4420是一款峰值電流可以達(dá)到6A的MOSFET功放驅(qū)動芯片，起到了放大驅(qū)動信號的作用，MC14584芯片是施密特觸發(fā)器，內(nèi)部集成了六個反相器。圖2中的每個非門就是MCl 4584芯片中的一個反相器。
[0027]以下將結(jié)合圖2詳細(xì)說明本實用新型的具體工作方式。其中A到I是幾個有代表性的節(jié)點，用于詳解分析其電位變化。當(dāng)IGBT在正常工作狀態(tài)時，六點為接近0.3V的低電平，由于穩(wěn)壓管ZDl的穩(wěn)壓作用和二極管D5的管壓降，B點電位為5.5V左右，由于芯片MC14584的動作電壓分別是6.9V和8.0V，此時B點還是低電平，經(jīng)過MC14584的延時作用，C點為低電平0V，二極管D2為截止?fàn)顟B(tài)，此時C點的電平不影響F點的電平。D點的電壓由R3和R4分壓得到為11V，為高電平，經(jīng)過MC14584的反相，E點為低電平OV，二極管D3不導(dǎo)通，因此，E點的電壓也不影響F點的電壓，此時F點相當(dāng)于接地，為低電平。F點經(jīng)過MC14584的反相，G點為高電平，二極管Dl不導(dǎo)通，因此G點的電壓不影響控制輸入信號，H點波形就是控制輸入信號的波形。
[0028]當(dāng)IGBT過流時，A點電壓升高，即當(dāng)IGBT出現(xiàn)故障時(過流或斷路)，由于A電電位的升高，導(dǎo)致B電的電位高于8V而變成高電平，同理，經(jīng)過MC14584的延時，C點為高電平，從而D2導(dǎo)通，F(xiàn)點變?yōu)楦唠娖?，?jīng)過MC14584的反相，G點為低電平，電壓為0V，此時二極管Dl導(dǎo)通，H點的電位被拉低為0V，H點在經(jīng)過MC14584的延時后，接到TC4420的輸入端2管腳的電壓為0，經(jīng)過TC4420放大后輸出的驅(qū)動信號I點的電位為0，切斷了二極管的柵極電壓。此時二極管D4導(dǎo)通，B點的電位又被I點拉低變?yōu)榈碗娖?，?jīng)過延時后C點又變?yōu)榈碗娖?，D2截止，F(xiàn)點重新變?yōu)榈碗娖?V，反相后G點變?yōu)楦唠娖剑珼l截止，G點的電位不在影響H點，二極管的柵極又正常供電。
[0029]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實用新型提供的用于交流氬弧焊機中的IGBT保護電路，可以有效地探測IGBT是否輸出一故障信號。如IGBT輸出故障信號，控制信號就被切斷，控制信號切斷后，IGBT的集電極電流就會降低到額定范圍，這時系統(tǒng)認(rèn)為故障消除，恢復(fù)供電再次檢測IGBT集電極是否過流，如果過流再切斷控制信號，如果集電極電流在額定范圍內(nèi)，那么系統(tǒng)將恢復(fù)正常工作。這樣可以防止IGBT管子因為過熱損壞，還能在在故障恢復(fù)后，給IGBT的柵極正常供電，防止誤判，避免了因外界影響而導(dǎo)致的工作中斷。另一方面，本實用新型中所用到的芯片TC4420和MC14584價格低廉，遠(yuǎn)低于現(xiàn)有技術(shù)中所使用的混合集成驅(qū)動器，在很大程度上節(jié)約了焊機的制造成本。
[0030]本說明書中所述的只是本實用新型的較佳具體實施例，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非對本實用新型的限制。凡本領(lǐng)域技術(shù)人員依本實用新型的構(gòu)思通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在本實用新型的范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種用于交流氬弧焊機中的IGBT保護電路，所述IGBT保護電路連接一IGBT，其特征在于，所述IGBT保護電路包括: 一檢測電路，所述檢測電路與所述IGBT的柵極連接，用于檢測所述IGBT的故障信號并輸出一信號； 一第一延時電路，所述第一延時電路用于接收所述檢測電路的輸出信號； 一或門，所述或門接收一電平信號及所述第一延時電路的輸出信號； 一反相電路，所述反相電路接收所述或門的輸出信號并對該信號進行反相； 一開關(guān)單元，所述開關(guān)單元接收所述反相電路的輸出信號，并根據(jù)所述輸出信號導(dǎo)通； 一第二延時電路，所述第二延時電路接收所述開關(guān)單元的輸出信號； 一驅(qū)動單元，所述驅(qū)動單元接收所述第二延時電路的輸出信號，并輸出一零電位驅(qū)動信號以斷開所述IGBT的柵極電壓。2.如權(quán)利要求1所述的用于交流氬弧焊機中的IGBT保護電路，其特征在于，所述第一與第二延時電路均由兩個反相器串聯(lián)而成。3.如權(quán)利要求1所述的用于交流氬弧焊機中的IGBT保護電路，其特征在于，所述或門由二極管D2和D3并聯(lián)而成。4.如權(quán)利要求1所述的用于交流氬弧焊機中的IGBT保護電路，其特征在于，所述檢測電路包括穩(wěn)壓管ZDl和二極管D4、D5;所述二極管D4的一端連接所述IGBT的集電極，另一端連接所述第一延時電路;所述二級管D5的一端連接所述IGBT的柵極，另一端連接所述穩(wěn)壓管ZDl;所述穩(wěn)壓管ZDl的另一端連接所述第一延時電路。5.如權(quán)利要求1所述的用于交流氬弧焊機中的IGBT保護電路，其特征在于，所述電平信號由電阻R3及電阻R4分壓后獲得。6.如權(quán)利要求1所述的用于交流氬弧焊機中的IGBT保護電路，其特征在于，所述第一延時電路和第二延時電路和反相電路由MC14584芯片構(gòu)成。7.如權(quán)利要求1所述的用于交流氬弧焊機中的IGBT保護電路，其特征在于，所述驅(qū)動單元由芯片TC4420構(gòu)成。8.如權(quán)利要求1所述的用于交流氬弧焊機中的IGBT保護電路，其特征在于，所述開關(guān)單元由一二極管Dl組成。9.如權(quán)利要求1所述的用于交流氬弧焊機中的IGBT保護電路，其特征在于，所述故障信號是IGBT過流或斷路。
【文檔編號】B23K9/10GK205660279SQ201620066227
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年1月25日
【發(fā)明人】劉槿顏, 孫慧博
【申請人】上海威特力焊接設(shè)備制造股份有限公司