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PowerfortheBetter于明江苏宏微科技有限公司2010年5月28日，北京PowerfortheBetter十五届北京•埃森焊接与切割博览会研讨会IGBT&FRED在逆变焊机中正确选择和使用PowerfortheBetter2010年5月28日IGBT&FRED在逆变焊机中正确选择和使用15届北京-埃森焊接与切割博览会内容简介逆变焊机中IGBT&FRED应用特点IGBT&FRED的主要参数选择IGBT&FRED应用过程中的注意事项焊机模块化解决方案PowerfortheBetter内容简介一、逆变焊机中IGBT&FRED应用特点二、IGBT&FRED的主要参数选择三、IGBT&FRED应用过程中的注意事项IGBT&FRED应用特点PowerfortheBetter4硬开关拓扑结构IGBT的工作特点123Q1123Q2123Q3123Q4VDCLpLs1Ls2TX1D1D212LRC1R5C3C2C4R6R1R3C5R2C6R4拓扑特点：IGBT开关损耗大；续流二极管（FWD）续流时间短。建议：选用关断损耗小的IGBT，反向恢复特性既快又软的续流二极管。推荐：采用INFINEONKS4芯片（替代DN2）封装的50–200A/1200V的IGBT模块。PowerfortheBetter5123Q1123Q2123Q3123Q4VDCLpLs1Ls2TXD1D212LRC1C3R1C2C4R2C5C612Lr移相软开关拓扑结构IGBT的工作特点电路特点：IGBT导通时间长，通态损耗大，开关损耗小；FWD续流时间长，通态损耗大。建议：选择通态损耗小的IGBT，反向恢复特性软，通态压降低的FWD。推荐：采用INFINEONT3芯片或者ABB芯片封装的IGBT模块。PowerfortheBetter6CL2123Q1123Q2123Q3123Q4VDCLpLs1Ls2TXD1D212L1RC1C2R1R2C3C412Ls双零软开关拓扑结构IGBT的工作特点电路特点：超前臂，IGBT开关损耗小，导通损耗占总损耗比重大，FWD续流时间长，导通损耗大。滞后臂，IGBT导通时间长，通态损耗大，开关损耗小，FWD无续流时间。建议：选择IGBT通态损耗小的IGBT和FWD，即低通态型IGBT模块。推荐型号：采用INFINEONT3或KS4或ABB芯片封装的IGBT模块。PowerfortheBetter7输出整流FRED的工作特点FRED的工作特点TLD1D2R1R2C1C2C3Output*z硬开关逆变器的开关器件的工作方式为同时开通和关断，两组工作转换工作时间较短，而输出全波整流在两个半波工作状态相互转换时，存在两组FRED同时导通状态，z软开关逆变器开关器件的开通和关断存在一定的相位，两组工作状态转换时间与硬开关相比较长一些。因此对开关速度要求较硬开关比要求低。z全波整流工作状态在高温高频条件下进行，为降低振荡要求软恢复特性好。z建议：选用软快恢复FRED。推荐：宏微科技自主研发生产的芯片封装的DuTo系列FRED模块。PowerfortheBetter内容简介一、逆变焊机中IGBT&FRED应用特点二、IGBT&FRED的主要参数选择三、IGBT&FRED应用过程中的注意事项IGBT&FRED主要参数选择PowerfortheBetter9额定电压IGBT的选型三相交流输入电压昀大值VMAX=380V经过整流和滤波后，直流母线电压的昀大值：VDC=，硬开关工作的情况下，IGBT的额定电压一般要求高于直流母线电压的两倍，而软开关的工作条件下，额定电压值可以降低一些，可以选额定电压值1200V。V51338023≈×πIGBTratedvoltages(VCES)AREA600V1200V1700VEurope200240380440690USA115245460480575Japan100220400440Linevoltage/inputvoltage(AC)China200220380PowerfortheBetter10•考虑增强引弧和推力功能，昀大值为500A。变压器原边电流为500A/K=67.6A，这也是IGBT流过的昀大电流ICPULSE，而且维持时间1ms，使用时考虑两倍的余量，可以选用的IGBT额定ICPULSE150A。•400A焊机在满负荷工作条件下，输出滤波电感的电流的平均值为400A，主变压器变比K=37/5=7.4。额定电流IGBT的选型•变压器原边平均电流为400A/K=54A，在选用耗散功率足够的散热器和良好的风道设计的条件，选在IGBT的IC=100A。ICPULSEPowerfortheBetter11开关参数IGBT的选型名称测试条件TJ=25℃TJ=125℃单位td(on)开通延迟时间125135nstr上升时间6060nstd(off)关断延迟时间420490nstf下降时间VCC=600V，IC=100ARG=10Ω，VGE=±15VTJ=25℃InductiveLoad6075ns上述测量值因Ig(Rg),Ic,Vge,Tj的变化而变化，而上述数值也直接决定IGBT的死区时间。tDT=[((tdoff(max)+tf(max))-tdon(min))+(tPHLmax-tPLHmin))]×1.5tDTPowerfortheBetter选型时应注意的问题通态压降低通态损耗低频或软开关开关速度低开关损耗高频或硬开关温度系数并联均流正温度系数适合于多管芯并联短路能力可靠性电机调速软关断可靠性、EMI高频或硬开关热阻可靠性各种应用高温特性可靠性各种应用12IGBT的选型PowerfortheBetter13FRED的选型额定电压输出整流采用全波整流，加在整流FRED上的反向电压VRRM=2VDC/K=2×540/7.4=146V整流FRED在高温、高频的工作条件下开关，有一定的电压振荡，建议考虑两倍的余量。选择VRRM292V的FRED。电压振荡PowerfortheBetter14FRED的选型额定电流在全波整流中，在一个开关周期内，整流FRED的开关情况是：①当变压器二次侧有电压时，只有一组整流管导通；②当变压器二次侧电压为零时，两组整流管同时导通，可以近似通过他们的电流相等，即均为负载电流的一半。可以近似计算通过FRED的电流有效值为：A28224002IAVFIO===）（建议：选在IF（AV）282A的FRED。输出负载电流I0=400A，占空比D=0.5PowerfortheBetter15开关参数名称测试条件TJ=25°CTJ=125°C单位trr反向恢复时间95150nsIRRM反向恢复电流的昀大值VR=200VIF=100AdiF/dt=-200A/μs8.514AFRED的选型trr、IRRM随着TJ的升高而增大，建议20KHZ开关频率逆变器，输出整流FRED的trr200ns,IRRM越小越好（TJ=125°C），IRRM过大，在高温大电流的工作条件下，容易导致器件失效。PowerfortheBetter16IGBT&FRED选型小结PowerfortheBetter2010年5月28日IGBT&FRED在逆变焊机中正确选择和使用15届北京-埃森焊接与切割博览会IGBT&FRED应用中注意事项PowerfortheBetter18IGBT的栅驱动–正向栅电压•开关速度与栅电阻RG有很大关系。•常用的栅驱动电压值为15-18V，昀高用到20V：驱动电压越高，开通损耗越小，正向压降也略小。IGBT的应用PowerfortheBetter19IGBT的栅驱动–负向栅电压电压栅驱动只用正电压可以工作，但建议关断时加一定负压：–在桥式电路和大功率应用情况下，为了避免干扰，建议在IGBT关断时，栅极加负电压，一般在-5~-15V。–负栅压能保证IGBT的关断，避免Miller效应影响。–栅极加负电压不会减小IGBT的拖尾电流。–加负电压，增加栅驱动功率。IGBT的应用PowerfortheBetter20IGBT反并联二极管在一些应用中，需要反并联二极管：•续流作用；•保护IGBT。对反并联二极管的要求：•反向恢复特性既快又软；•要有一定的雪崩能量；IGBT的应用PowerfortheBetter21反并联二极管对IGBT开通损耗的影响FEW的反向恢复电荷叠加到IGBT的开通能量上，会增加IGBT的开通损耗。IGBT的应用PowerfortheBetter22+HVDCDriverR-DriverRg123T2123T1CGE在T1IGBT导通时，T2IGBT两端的电压产生突变，高dv/dt通过Miller电容将产生一个电流，如果该电流在T2的栅极产生的电压超过T2的阈值电压，则T2导通，导致桥臂直通，这种现象在高温条件下极为突出。改进措施：开通和关断采用不同栅电阻Driver+HVDCR-DriverRg123T2123T1Driver+HVDCR-DriverRg,on123T2123T1Rg,offDriver+HVDCR-DriverRg123T2123T1CGECGECGE关断时加负栅压栅源间加电容Miller电容的影响IGBT的应用PowerfortheBetter23IGBT的保护问题电流保护VCE保护采用VCE保护的电路在使用不同厂家的IGBT时，保证VCE达到保护值时，通过IGBT的电流峰值2×IC,NOM，因此，在使用IGBT时，需要密切注意该参数。目前采用UC3846PWM控制芯片大多采用该保护模式，即峰值电流保护模式，能够对电流波形进行逐波监控，检测电流过大，会快速发出响应，PWM输出封锁，IGBT达到很好的保护效果。IGBT的应用建议：选择电流保护，适时检测IGBT通过的电流。PowerfortheBetter24散热器导热介质铜基板焊料DBC基板芯片Tj△TjcTc△TchTh△ThaTaRthjcRthchRthhaTj=△Tjc+△Tch+△Tha+Ta焊料IGBT的热阻示意图IGBT的应用PowerfortheBetterPowerfortheBetter焊机模块化解决方案PowerfortheBetter26方案介绍模块化解决方案应用范围200A以下输出电流的逆变焊机模块化单元控制单元：采用控制模块替代现有元器件焊接技术。逆变单元：采用IGBT模块替代IGBT分立元器件。整流单元：采用FRED模块替代FRED分立元器件。PowerfortheBetter27模块化解决方案焊机模块化优点控制单元，逆变，输出整流采用模块化方案，提高整机的可靠性，降低环境因素对焊机使用寿命的影响。提高焊机生产商的产能，采用模块直接组装的方法，减少PCB制作，调试等环节，大大提高工作效率。节约人力成本，减少焊机制作环节，节约劳动力，同时提高良品率。减少焊机体积和质量，更能充分发挥轻型逆变焊机的优势。维护简单、快捷。PowerfortheBetter28模块化解决方案焊机模块化产品与出产焊机的比较相同输出等级的同类产品比较：体积缩小40%PowerfortheBetter29模块化解决方案模块单元展示IGBT控制单元FREDPowerfortheBetter30模块化解决方案产品测试波形原边电流和原边电压原边电流和驱动波形PowerfortheBetter谢谢Thanks!PowerfortheBetterPowerfortheBetterQ&A