上海贝岭650V/80A IGBT助力高效率逆变焊机设计,开关速度快、关断损耗小、导通电压低
一、引言
逆变焊机作为一种先进的焊接设备,在现代工业中占据了重要的地位。与传统的变压器式焊接设备相比,具有诸多优点,如:
高效节能
由于逆变焊机的工作频率很高(通常在20kHz~100kHz),因此它能更有效地利用电能,减少能量损失。
轻便便携
相比传统焊机,逆变焊机体积小、重量轻,易于携带。
焊接性能好
逆变焊机能提供更稳定的电弧,减少飞溅,提高焊接质量。
可调节性强
用户可以根据不同的焊接材料和厚度来调整焊接参数,灵活性更高。
如图1所示,逆变焊机工作原理是先将电网提供的工频交流电转变为直流电,然后通过电子开关(IGBT/MOSFET)将直流电逆变成高频交流电,最后通过整流得到适合焊接工艺要求的电流和电压。
图1 逆变焊机工作方框图
二、逆变焊机拓扑介绍
逆变焊机主电路拓扑已经较为成熟,主要的拓扑有双管正激式、推挽式、半桥式、全桥式等。
图2.1为半桥式拓扑结构。该拓扑由两个功率管组成桥式电路,其对称交替导通有利于变压器完全复位,磁芯利用率高,输出响应快,且半桥分压电容器的存在能够较好抗磁偏。该拓扑广泛应用于中小功率逆变焊机。但在相同功率下,半桥式功率管要承受更大的电流。
图2.2为全桥式拓扑结构。该拓扑由四个功率管组成桥式电路,主要应用于大电流、大功率场合,变压器磁芯利用率高,成本也相应较高。
图2.1 半桥逆变主电路
图2.2 全桥逆变主电路
三、逆变焊机IGBT损耗分析
目前市面上大部分逆变焊机采用的为硬开关电路,电路拓扑如图2.1和2.2,通过测试分析,该应用场景IGBT器件的损耗主要来源于以下四个部分,如图3.1所示:
1、IGBT器件内部合封二极管续流和反向恢复过程损耗Ediode
2、IGBT开启损耗Eon
3、IGBT通态损耗Econ
4、IGBT关断损耗Eoff
图3.1 逆变焊机IGBT开关波形
如图3.2所示,逆变焊机硬开关应用中,关断损耗Eoff占比最大,其次为导通损耗Econ。
图3.2 IGBT损耗占比
四、上海贝岭650V/80A IGBT产品优势
为适应逆变焊机客户大电流IGBT单管需求,上海贝岭研发推出650V/80A IGBT单管BLG80T65FDK7,助力高效率逆变焊机设计。该器件具有开关速度快、关断损耗小、导通电压低等特点,可满足客户高效率设计要求。
4.1器件技术
上海贝岭650V/80A IGBT产品BLG80T65FDK7采用了第七代微沟槽多层场截止IGBT技术,进行了特殊工艺控制,优化了VCE(sat)和Eoff参数,提升了产品的可靠性。
4.2饱和压降VCE(sat)
逆变焊机中IGBT的导通损耗占总损耗比例较大,影响导通损耗的主要参数为VCE(sat),常温下贝岭BLG80T65FDK7导通压降比竞品低12%,导通损耗比竞品更低。
图4.1 不同温度下饱和压降对比
4.3关断损耗Eoff
BLG80T65FDK7具有较小的寄生电容,这保证了器件有更高的开关速度,开关频率高达50kHz以上,如图4.2所示,通过测试IGBT的损耗,BLG80T65FDK7关断损耗比竞品低5%。
图4.2 IGBT关断损耗对比
4.4系统优势
IGBT开关频率的提高还可以显著提升逆变焊机对电流的控制精度,同时器件损耗的减小,可在大功率输出工况下提升焊机的工作效率,显著降低正常工作时IGBT器件的温升。上海贝岭BLG80T65FDK7基于优异的器件设计,为逆变焊机系统顺利通过温升、输出短路等测试提供了保障。如图4.3,常温自然散热情况下,贝岭BLG80T65FDK7和竞品壳温基本一致,满足客户的需求。
图4.3 IGBT壳温对比
五、上海贝岭功率器件选型方案
上海贝岭功率器件产品线齐全,包含MOSFET、IGBT等系列产品,为逆变焊机主逆变和辅助电源设计提供助力,具体型号参考表1:
表1 功率器件选型表
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