用于交流氬弧焊機中的igbt保護電路及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種交流氬弧焊技術，尤其涉及一種用于交流氬弧焊機的IGBT的過流保護技術領域。
[0002]
【背景技術】
[0003]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，廣泛應用于鋁鎂及其合金的焊接。當工件為負極時，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高，遠遠高于陽極。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。清理作用的強弱與陰極區(qū)的能量密度和正離子質量有關，能量密度越高，離子質量越大，清理效果越好。正接時，工件轉為陽極不存在清除氧化膜的功能。
[0004]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的驅動多采用專用的混合集成驅動器，例如三菱公司的M579系列和富士通的EXB系列，內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并關斷IGBT，即使只是干擾信號或者過流信號消除也不會恢復驅動，但是在實際應用中，電網(wǎng)干擾、外部干擾和自身產生的干擾都會對機器的可靠性判斷產生影響，一旦發(fā)生誤判，機器將停止工作，無法自動恢復，影響正常的工作。
[0005]有鑒于此，現(xiàn)有技術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。
[0006]

【發(fā)明內容】

[0007]為了克服現(xiàn)有技術中的缺陷，本發(fā)明公開一種用于交流氬弧焊機中的IGBT保護電路及方法。
[0008]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明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:
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;一開關單元，該開關單元接收該反相電路的輸出信號，并根據(jù)該輸出信號導通;一第二延時電路，該第二延時電路接收該開關單元的輸出信號;一驅動單元，該驅動單元接收該第二延時單元的輸出信號，并輸出一零電位驅動信號以斷開該IGBT的柵極電壓。
[0009]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。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芯片構成。該驅動單元由芯片TC4420構成。該開關單元由一二極管Dl組成。該故障信號是IGBT過流或斷路。
[0010]本發(fā)明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，當該柵極信號是高電平時，驅動一開關導通；當該柵極信號是低電平時，該開關關斷;步驟三、當該開關導通時形成一導通信號，該導通信號經(jīng)延時后輸出一零電位驅動信號以斷開該IGBT的柵極電壓。
[0011]與現(xiàn)有技術相比較，本發(fā)明提供的用于交流氬弧焊機中的IGBT保護電路及方法，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)認為故障消除，恢復供電再次檢測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，那么系統(tǒng)將恢復正常工作。這樣可以防止IGBT管子因為過熱損壞，還能在在故障恢復后，給IGBT的柵極正常供電，防止誤判，避免了因外界影響而導致的工作中斷。另一方面，本發(fā)明中所用到的芯片TC4420和MC14584價格低廉，遠低于現(xiàn)有技術中所使用的混合集成驅動器，在很大程度上節(jié)約了焊機的制造成本。
[0012]
【附圖說明】
[0013]關于本發(fā)明的優(yōu)點與精神可以通過以下的發(fā)明詳述及所附圖式得到進一步的了解。
[0014]圖1是本發(fā)明提供的IGBT保護電路的打嗝保護的原理示意圖；
圖2是本發(fā)明提供的IGBT保護電路的電路連接示意圖；
圖3是本發(fā)明提供的交流氬弧焊機在IGBT正常工作時柵極驅動電壓波形圖；
圖4是本發(fā)明提供的交流氬弧焊機在IGBT故障時柵極驅動電壓波形圖。
[0015]主要圖示說明
1-保護電路2-交流氬弧焊機的主電路
I1-開關12-延時電路 13-驅動電路 14-1GBT 15-檢測電路16-延時電路
17-低電平18-或門
19-反相。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖詳細說明本發(fā)明的具體實施例。
[0017]本發(fā)明的目的是在交流氬弧焊機過流時保護IGBT，當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，集電極電流恢復到額定范圍內，電路又能恢復正常工作狀態(tài)。本發(fā)明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)故障的標準是就是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。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)認為故障消除，恢復供電?；謴凸╇姾蟊Ｗo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，那么系統(tǒng)將恢復正常工作，如此反復。這樣可以防止IGBT過流，既保護了IGBT，也避免因外界影響而導致工作中斷。
[0018]如圖1所示，圖1是本發(fā)明提供的IGBT保護電路的打嗝保護的原理示意圖。
[0019]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。開關單元11，該開關單元11接收該反相電路19的輸出信號，并根據(jù)該輸出信號導通。當反相電路19輸出高電平時，開關單元11導通；當反相電路19輸出低電平時，開關單元11關斷。第二延時電路12，該第二延時電路12接收該開關單元11的輸出信號。驅動單元13，該驅動單元13接收該第二延時單元12的輸出信號，并輸出一零電位驅動信號以斷開該IGBT14的柵極電壓。
[0020]圖2是本發(fā)明提供的IGBT保護電路的電路連接示意圖。
[0021]在本實施例中。該第一延時電路