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摘　要　焊机的可靠性和耐用性在很大水平上取决于IGBT的散热和过热维护技能。本文阐述了如何设计IGBT散热器，以进步其耗散功率，同时介绍了IGBT过热检测维护电路。

要害词　IGBT；过热维护；热阻；耗散功率

中图分类号：TG434　文献标识码：A

文章编号：1005-2763(2000)03-0027-02

Research on the Techniques for IGBT Radiating and Overheat Protection of Inverter Welder

REN Zhi-yuan

(Changsha Institute of Mining Research,Changsha,Hunan 410012,China）

WANG Qi

（Panzhihua Iron & Steel Group Corp.Panzhihua city,Sichuan 617000,China)

Abstract　The reliability and durability of welder depend on the techniques for IGBT radiating and overheat protection to a considerable degree.This paper discussed that how to design IGBT radiator to improve its radiating capability and introduced the protective circuits for IGBT overheat check.

Key Words　IGBT;Overheat protection;Heat resistance;Radiating capability

　　新型功率开关器件绝缘栅双极型晶体管(IGBT)集MOSFET的输入阻抗高，驱动容易，开关速度快，无二次击穿和GTR的通态压下降，高压大电流化容易等长处于一身，是目前逆变焊机中广为利用的功率器件。IGBT的可靠性是逆变焊机稳固可靠工作的根基。在IGBT的维护中，散热技能及过热维护是其中之一。逆变焊机能否在炎热的夏天长光阴持续可靠工作，很大水平上取决于散热及过热检测维护电路设计的优劣。

1　IGBT散热及过热维护请求

　　当逆变焊机输出电流提供焊接工作时，功率开关器件IGBT本身也要耗费功率。其耗散功率重要包含通态损耗和开关损耗，其成果使基板温度Tc和工作结温Tj上升。图1为IGBT耗散功率P与模块基板温度Tc的关系曲线；图2为IGBT集电极电流Ic与模块基板温度Tc的关系曲线。可以看出随着IGBT基板温度Tc的上升，IGBT的耗散功率和集电极电流急剧降落。因此其最高基板温度Tcmax不能超过80℃，否则工作结温Tj会超过125℃，造成管子的过热销毁。为了能使IGBT稳固可靠工作，必需采用恰当的散热办法，增强IGBT过热检测维护。

图1　IGBT耗散功率与基板温度曲线

图2　IGBT集电极电流与基板温度曲线

2　散热器设计

　　IGBT满负荷工作时，将发生较高的功率损耗密度。散热器设计请求将IGBT功耗转化的热量敏捷而可靠地从基板传送到散热器上散掉，确保IGBT的最高工作结温Tj不超过最高容许温度125℃。散热才能越强，器件所能蒙受的功率就越大，而器件的散热才能取决于它的热传导特征。为了更明白地阐明IGBT散热器的设计，介绍以下几个表达式。

(1)

式中：Q——总热阻；

　　　ΔT——基板结温与环境温度之差；

　　　P——器件的功耗。

　　外加散热器后，总热阻Q包含以下几部分：

Q=Qjc+Qcs+QαA

(2)

式中：Qjc——结到基板的热阻；

　　　Qcs——基板到散热器界面的热阻；

　　　QαA——散热器到周围空气的热阻。

　　器件所容许的功耗为：

(3)

式中：Tj——器件的结温；

　　　TA——周围环境的温度。

　　依据逆变焊机长光阴大电流工作的情形，选定最恶劣情形时的环境温度TA和IGBT额定功耗P，从上式可求得所设计的散热器到周围空气的热阻QαA，而Qjc和Qcs都是判断的。从散热器手册中依据求得的热阻QαA选定散热器的尺寸和散热面积。为减小热阻，通常在IGBT模块基板与散热器界面之间涂上导热硅脂，外加轴流风机来辅助散热，进步IGBT的耗散功率。

3　过热检测维护电路

　　散热器的设计是保证IGBT在正常情形下可靠工作的要害。但如果周围环境温度极度恶劣，轴流风机失效或IGBT与散热器之间安装接触不良等情形，照样能造成IGBT过热毁坏，为了防止在不正常情形下烧坏IGBT，我们在操纵电路上加了过热检测维护电路(如图3所示)。

图3　过热检测维护电路

　　RL为正温度系数热敏电阻，由于中频焊接变压器原侧绕组通过的电流即为IGBT集电极电流，在正常工作情形下，原侧绕组的温升与IGBT结温有必定关系，前者能间接反应后者，因此将RL安装在中频焊接变压器原侧绕组之中。随着变压器绕组温度的上升，热敏电阻RL阻值增大，A点电压也逐渐增大，而电压对比器同相端B点上电压固定为+5 V。当绕组温度低于某一预定值(对应IGBT结温容许设定值)时，B点电位高于A点电位，电压对比器输出呈高阻状况。因此E点为高电平，T管不导通，发光二极管的过载唆使灯DR不亮。同时，F点也输出高电平，而IGBT驱动模块的驱动封锁信号是低电平有效，正常输出，所以IGBT正常工作。当变压器绕组温度超过预定值，即对应的IGBT结温超过容许值时，A点电位高于B点电位，电压对比器输出(E点)为低电平，T管导通，发光二极管DR点亮。同时，F点输出低电平，使IGBT的驱动模块封锁驱动信号，IGBT关断，焊机这时没有电流输出。由于轴流风机一直处于工作状况，IGBT通过散热器散热，结温逐渐降落，热敏电阻RL阻值逐渐减小。当回到容许值范畴内时，B点电位又高于A点，驱动模块恢复正常输出，IGBT工作，过载唆使灯灭，焊机输出给定电流。这样就到达了IGBT过热检测维护的目标。

4　结　论

　　由于采纳了IGBT散热及过热维护技能，长沙矿山钻研院电焊机厂生产的逆变焊机在不同规格的额定电流下能够长光阴稳固地工作。在南方夏季高温酷暑的环境下，到达了息焊工不息焊机的持续焊接请求，焊机经受住了满负荷长光阴的考验。同时也避免了在非正常情形下，焊机因IGBT结温过高而被销毁的情形，大大进步了焊机的可靠性和耐用性。

任志远（1965-），男，天津人，高档工程师，重要从事工业主动化和电力电子技能钻研和开发．

任志远（长沙矿山钻研院，湖南 长沙　410012）

王琪（攀枝花钢铁团体公司，四川 攀枝花市　617000）

参考文献

1，张明勋.电力电子装备设计和利用手册.北京：机械工业出版社，1990.

2，曲学基.稳固电源适用手册.北京：电子工业出版社，1991.3张凤言.电子电路根基.北京：高级教诲出版社，1986.