IGBT在电焊机中的应用

IGBT在逆变焊机中的应用和RT4的推广电焊机简介逆变焊机中IGBT应用特点IGBT的主要参数选择RT4模块介绍及优势内容简介电焊机简介-分类按焊接机理分类：弧焊机手工电弧焊机气体保护焊机氩弧焊机CO2气体保护焊机埋弧焊机压力焊机电阻点焊机摩擦焊机切割机电焊机简介-发展历程电焊机发展历程：逆变直流电焊机发展历程：晶闸管式逆变焊机晶体管式逆变焊机场效应管式逆变焊机IGBT逆变焊机变压器型电源晶闸管整流电源逆变直流电源电焊机简介-IGBT逆变焊机种类、型号和输出特性种类CO2气体保护焊机（NBC系列）手工电弧焊（ZX7系列）钨极氩弧焊（WS系列）脉冲钨极氩弧焊（WSM系列）等离子切割机（LGK系列）埋弧焊（MZ系列）型号20025035050063016020025031540050063014016020031540050020025031540040608010063080010001250种类和型号：IGBT应用特点逆变焊机80A-250A中大功率逆变焊机380Vinput小功率逆变焊机220Vinput600VDiscreteIGBTMOSFET250A-630A正激半桥600V34mm600VDiscreteIGBTMOSFET1200VIGBT34mm62mm半桥全桥全桥IGBT的应用特点-在焊机中的应用IGBT的应用特点-焊机拓扑结构焊机拓扑结构：3P380VGND输入一次整流逆变隔离降压二次整流输出从图中可以看出，IGBT主要应用在逆变单元IGBT的应用特点-逆变拓扑结构半桥拓扑全桥拓扑硬开关全桥拓扑软开关全桥拓扑零电压软开关全桥拓扑零电流软开关全桥拓扑焊机中常用的逆变拓扑结构：IGBT的应用特点-硬开关、软开关硬开关开通过程硬开关关断过程软开关开通过程软开关关断过程从图中可以看出，在硬开关时，IGBT开关时电流与电压有交点，IGBT损耗交大，软开关时，IGBT的电流与电压没有交点，损耗为零。零电流（ZCS)：指IGBT开关时电流为零。零电压（ZVS)：指IGBT开关时电压为零IGBT的应用特点-半桥型电路C3C4Q1Q2D2D1R1R2C1C2VDCR3R4C5C6L1R5拓扑特点：IGBT开关损耗大；IGBT上承受的电流为全桥时的两倍。建议：选用关断损耗小的IGBT。推荐：采用INFINEON开关损耗小的KS4芯片封装的100–300A/1200V的IGBT模块。123Q1123Q2123Q3123Q4VDCLpLs1Ls2TX1D1D212LRC1R5C3C2C4R6R1R3C5R2C6R4拓扑特点：IGBT开关时电压、电流不为零，开关损耗大。建议：选用关断损耗小的IGBT。推荐：采用INFINEON开关损耗小S4芯片封装的的IGBT模块。IGBT的应用特点-硬开关全桥电路123Q1123Q2123Q3123Q4VDCLpLs1Ls2TXD1D212LRC1C3R1C2C4R2C5C612Lr电路特点：IGBT导通时间长，损耗主要为通态损耗建议：选择通态损耗小的IGBT。推荐：采用INFINEON导通损耗小的DN2、T4芯片封装的IGBT模块。IGBT的应用特点-软开关ZVS全桥型电路电路特点：超前臂实现ZVS，IGBT开关损耗小，导通损耗占总损耗比重大。滞后臂实现ZCS，IGBT导通时间长，通态损耗大。建议：选择IGBT通态损耗小的IGBT，即低通态型IGBT模块。推荐：采用INFINEON导通损耗小的DN2、T4芯片封装的IGBT模块。IGBT的应用特点-软开关ZVZCS全桥型电路IGBT主要参数选择主要参数选择-电焊机主要参数电压：三相交流输入经过整流和滤波后，直流母线电压的最大值：VDC=，IGBT的额定电压一般要求高于直流母线电压的两倍，可以选额定电压值1200V。V51338023电焊机主要参数：以一台500A的电焊机为例，输入电压：380VAC,输出电流为：500A,频率为20KHz，空载电压为70V。500A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500A，主变压器变比K=513V/70V=7.3。变压器原边平均电流为500A/7.3=68.5A，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。电流：17通态压降：低通态损耗，适用于软开关。开关损耗：低开关损耗，高频或硬开关。温度系数：正温度系数适合于多管芯并联。热阻：决定了IGBT的温升。功率循环周次：决定IGBT的寿命。热循环周次：决定IGBT的寿命。17主要参数选择-选型时应注意的问题选型时应该主要的问题：主要参数选择-推荐表裕能达推荐表焊机规格全桥电路半桥电路315A软开关FF50R12RT4硬开关F4-50R12MS4/F4-50R12KS4FF100R12KS4/FF150R12RT4400A软开关FF75R12RT4硬开关F4-75R12MS4/F4-75R12KS4FF150R12KS4500A软开关FF100R12RT4硬开关FF100R12KS4/FF150R12RT4FF200R12KS4630A软开关FF150R12RT4硬开关FF150R12KS4FF300R12KS4RT4芯片介绍及优势IGBT4模块：Tvjop,max=150C！概念：在开关工作条件下，IGBT4模块的最高允许结温规格为150C，比IGBT3/IGBT2模块（1200V和1700V）的规格提高25C！出发点：适应芯片小型化实现：IGBT4模块内部焊线工艺的改进可靠性因素：焊线工艺决定了模块的可靠性指标之一-功率循环（PC）次数。PC次数与结温有关，在相同的结温摆幅下，结温越高，PC次数越低。要提高结温规格，必须改进焊线工艺，才能保证模块用于更高的结温时，其PC次数（使用寿命）不减。结果：1）IGBT4模块的可靠性（PC次数）大幅增加2）IGBT4模块的电流输出能力增大（应用功率）3）以较小的封装尺寸实现相同的电流规格（功率密度）RT4模块-优点50A的RT4和DN2模块的性能比较（如无特殊说明Tj=125℃）型号BSM50GB120DN2FF50R12RT4结论封装34mm34mm散热器安装尺寸完全兼容，Ic50A(Tc=80℃)50A(Tc=100℃)RT4性能更好，电流能力更大Vcesat(Ic=50A,Vge=15v,)3.1V2.15VRT4性能更好,导通损耗小Tj(度）150℃175℃RT4性能更好，热余量更大Rgon/off22Ω15Ω驱动电阻推荐值差别不是很大，驱动电路更改不大。Eon7mJ6.5mJRT4的性能稍好，开关损耗有所降低。Eoff4.5mJ4mjRjc(IGBT)0.3K/W0.53K/WRT4的热阻稍微大些，但其175度的结温可以保证热余量.Rjc(Diode)0.6K/W0.84K/W并联二极管Vf(V)1.8V1.65VRT4反并联二极管通态性能更好结论：用RT4代替DN2只需更改驱动电路，替代容易！RT4模块-与INFINEONDN2系列模块的比较75A的RT4和DN2模块的性能比较（如无特殊说明Tj=125℃）型号BSM75GB120DN2FF75R12RT4结论封装34mm34mm散热器安装尺寸完全兼容。Ic75A(Tc=80℃)75A(Tc=100℃)RT4性能更好，电流能力更大。Vcesat(Ic=75A,Vge=15v,)3.1V2.15VRT4性能更好，导通损耗小。Tj(度）150℃175℃RT4性能更好，热余量更大。Rgon/off15Ω2.2Ω驱动电阻推荐值差别较大，驱动电路要做更改。Eon13mJ9.5mJRT4的性能更好，开关损耗小。Eoff8mJ6.5mjRjc(IGBT)0.2K/W0.38K/WRT4的热阻稍微大些，但其175度的结温可以保证热余量。Rjc(Diode)0.5K/W0.58K/W并联二极管Vf(V)1.8V1.65VRT4反并联二极管通态性能更好。结论：用RT4代替DN2只需对驱动电路进行修改，代替起来比较容易。RT4模块-与INFINEONDN2系列模块的比较100A的RT4和DN2模块的性能比较（如无特殊说明Tj=125℃）型号BSM100GB120DN2KBSM100GB120DN2FF100R12RT4结论封装34mm62mm34mmDN2K与RT4散热器安装尺寸完全兼容，DN2与RT4的安装尺寸不能兼容！Ic100A(Tc=80℃)100A(Tc=80℃)100A(Tc=100℃)RT4性能更好，电流能力更大Vcesat(Ic=100A,Vge=15v,)3.1V3.1V2.05VRT4性能更好,导通损耗小Tj(度）150℃150℃175℃RT4性能更好，热余量更大Rgon/off6.8Ω6.8Ω1.6Ω驱动电阻推荐值有差别，驱动电路需要更改！Eon17.5mJ17.5mJ9.5mJRT4的性能更好，开关损耗小Eoff11mJ11mJ9mjRjc(IGBT)0.18K/W0.16K/W0.27K/WRT4的热阻稍微大些，但其175度的结温可以保证热余量.Rjc(Diode)0.36K/W0.3K/W0.48K/W并联二极管Vf(V)1.8V1.8V1.65VRT4反并联二极管通态性能更好结论：RT4代替DN2K只需对驱动电路进行修改，但代替DN2还需对散热器进行修改。RT4模块-与INFINEONDN2系列模块的比较150A的RT4和DN2模块的性能比较（如无特殊说明Tj=125℃）型号BSM150GB120DN2FF150R12RT4结论封装62mm34mmDN2与RT4的安装尺寸不能兼容！Ic150A(Tc=80℃)150A(Tc=100℃)RT4性能更好，电流能力更大Vcesat(Ic=150A,Vge=15v,)3.1V2.05VRT4性能更好,导通损耗小Tj(度）150℃175℃RT4性能更好，热余量更大Rgon/off9.1Ω1.1Ω驱动电阻推荐值有差别，驱动电路需要更改！Eon17.5mJ13.5mJRT4的关断损耗略高于ND2Eoff11mJ13.5mjRjc(IGBT)0.1K/W0.19K/WRT4的热阻比较大！Rjc(Diode)0.25K/W0.31K/W并联二极管Vf(V)1.8V1.65VRT4反并联二极管通态性能更好结论：150A的RT4代替150A的DN2比较困难！RT4模块-与INFINEONDN2系列模块的比较150A的RT4和100A的KS4的模块的性能比较（如无特殊说明Tj=125℃）型号FF100R12KS4FF150R12RT4结论封装62mm34mmKS4与RT4的安装尺寸不能兼容！Ic100A(Tc=80℃)150A(Tc=100℃)RT4性能更好，电流能力更大Vcesat(Ic=80A,Vge=15v,)3.85V1.65VRT4性能更好,导通损耗小Tj(度）150℃175℃RT4性能更好，热余量更大Rgon/off9.1Ω1.1Ω驱动电阻推荐值有差别，驱动电路需要更改！Eon9.5mJ9.5mJRT4的关断损耗略高于KS4Eoff7.7mJ11mJRjc(IGBT)0.16K/W0.19K/WRT4的热阻稍大！Rjc(Diode)0.3K/W0.31K/W并联二极管Vf(V)1.8V1.65VRT4反并联二极管通态性能更好结论：用150A的RT4代替100A的KS4,要根据实际电路来确定能否替代。RT4模块-与INFINEONKS4系列模块的比较总的来说，RT4系列产品的饱和压降有大幅的降低，开关损耗也有所降低，特别适合软开关拓扑结构的焊机。但是RT4系列产品的热阻相当于DN2系列来说都要大一些。还有就是RT4系列的推荐驱动电阻值都比较小，替换时要注意对驱动电路进行修改。RT4模块-与INFINEON模块的比较RT4模块-与SEMIKRON模块的比较SEMIKRON在焊机应用上主要有以下几款：123系列：SKM75GB123DSKM100GB123DSKM150GB123DSKM200GB123D