数控设备驱动器的主电路保护分析与研究

雷 刚，郭 杰

LEI Gang, GUO Jie

（四川工程职业技术学院，德阳 618000）

0 引言

数控系统中，电源模块及电机驱动模块是非常重要的工作部件，但同时这两种模块也是数控设备中很容易被损坏的。笔者所在的四川省德阳市是国家重大技术装备制造业基地，聚集了近万台各种各样的数控设备。长期的工作实践发现这两种模块的故障主要出在主电路上，例如西门子的611系列模块、FUNAC的αi系列等。由于这些模块的主电路通常使用大功率的IGBT作为主控元件，所以对于模块的保护，主要通过并保护IGBT实现。笔者借鉴多款国外主流产品提出一种相对更成熟的IGBT驱动和保护电路设计，在实际应用中达到更有效保护IGBT的作用，降低驱动器的损坏率，增强数控系统的可靠性。

1 常见的IGBT模块损坏原因

分析表明，IGBT模块损坏的主要原因有：

1）负载短路引起短时间大电流，IGBT没有及时关断，温度急剧上升，最终导致IGBT的C级和E级间短路失效或开路失效。

2）IGBT的控制栅极受到大幅值干扰脉冲冲击，造成栅极损坏。

3）触发信号上升沿和下降沿斜率较小，导致IGBT的开通和截止功耗增加，长时间运行，烧坏IGBT。

4）恶劣工作环境降低IGBT散热效果，模块温度增加，导致性能下降和损坏。

2 IGBT驱动和保护电路的设计思路

针对实际出现的问题，在IGBT驱动和保护电路设计中，主要考虑以下五个方面：

1）针对负载短路引起大电流，最主要的解决方法是及时检测到IGBT电流突然增大造成的VCE上升，进而迅速关断IGBT。

2）每个IGBT模块使用独立的控制电源，尽量减少IGBT模块栅极信号的干扰。……