IGBT在工業(yè)焊機(jī)電源中的應(yīng)用_圖文

1、 中科君芯1200V系列IGBT在工業(yè)焊機(jī)電源中的應(yīng)用0 前言相對傳統(tǒng)工頻焊機(jī)，逆變焊機(jī)在變壓器體積、有效功率輸出及焊機(jī)輸出電壓、電流穩(wěn)定性方面都具先天優(yōu)勢，在可預(yù)見的未來將逐步占領(lǐng)焊機(jī)行業(yè)的主導(dǎo)地位。IGBT （Insulated Gate Bipolar Transistor）全稱為絕緣柵雙極晶體管，作為逆變焊機(jī)中高頻逆變的主要開關(guān)器件，其性能的優(yōu)劣將直接影響焊機(jī)整體表現(xiàn)。隨著國內(nèi)工藝水平和設(shè)計能力的提升，國產(chǎn)IGBT開始進(jìn)入焊機(jī)領(lǐng)域。本文主要對江蘇中科君芯科技有限公司（以下簡稱中科君芯）針對焊機(jī)領(lǐng)域開發(fā)1200V系列產(chǎn)品性能、和國外主流器件的參數(shù)比對、實際焊機(jī)測試比對展開討論。 1 電路

2、拓?fù)涔I(yè)用焊接電源電路拓?fù)溆邪霕蚝腿珮颍▓D1、圖2）兩種結(jié)構(gòu)，相對于半橋結(jié)構(gòu)全橋電路輸出功率能力更強(qiáng)，半橋拓?fù)涠嘤糜诤笝C(jī)輸出電流小于280A的機(jī)型中，而全橋拓?fù)涠嘤糜诤笝C(jī)電流大于315A的焊接電源中。2 IGBT芯片技術(shù)中科君芯IGBT芯片技術(shù)歷經(jīng)穿通型（PT ）IGBT與非穿通（NPT）型IGBT（圖3a與3b），過渡到目前國際最新的溝道柵場阻擋層技術(shù)（圖3c）。針對焊機(jī)產(chǎn)品的1200V系列正是采用了這一最新技術(shù)。相對于PT和NPT，最新技術(shù)的特點為正面采用溝道柵結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步減小正向?qū)〞r飽和壓降值V CE （sat ），同時背面采用場阻擋層技術(shù)進(jìn)一步優(yōu)化器件的開關(guān)性能，在提高性能同時可使芯

3、片做的更薄，這種結(jié)構(gòu)特性對高壓器件來說是重要的。3 1200V系列器件參數(shù)對比焊機(jī)領(lǐng)域開關(guān)頻率一般20kHz，為適應(yīng)這一頻率要求，特別針對開關(guān)特性和飽和壓降進(jìn)行折中優(yōu)化，保證降低開關(guān)損耗的前提下導(dǎo)通壓降值不能有顯著增加。因變壓器漏感及引線電感的存在，當(dāng)IGBT關(guān)斷時， d i/d t 在雜散電感上形成電壓尖峰，針對這一特點，在設(shè)計IGBT耐壓時進(jìn)行優(yōu)化處理（標(biāo)稱1200V器件的實際耐壓值達(dá)到1400V左右）。另外焊機(jī)中和IGBT反并聯(lián)的FRD及吸收電容的存在，使得IGBT在開通時產(chǎn)生很大的d u/d t ，使得IGBT開通時流過IGBT的電流會出現(xiàn)較大的峰值。在設(shè)計IGBT時特別針對IGBT的

4、集電極重復(fù)峰值電流I CRM 進(jìn)行特殊處理，使得峰值電流在額定值的4倍條件下進(jìn)行安全工作，并考核在不同脈沖寬度下該器件承受峰值電流的能力。圖3 中科君芯IGBT芯片技術(shù)進(jìn)化圖圖1 三相輸入半橋拓?fù)鋱D2 三相輸入全橋拓?fù)?4 焊機(jī)實測對比測試所用焊機(jī)為深圳華意隆電氣股份有限公司的主打手工焊焊機(jī)，機(jī)型ZX7-400A。該機(jī)型輸入380V，50Hz；輸出電壓41.5V，電流400A；焊機(jī)頻率20kHz，占空比為38.7%，IGBT驅(qū)動?xùn)艠O電阻10。圖5為整個測試系統(tǒng)圖，測試中加入國外主流廠家I和F的同規(guī)格器件進(jìn)行比測。 考核主要從IGBT殼溫度、帶載測試中的波形表現(xiàn)以及點焊瞬間IGBT是否出現(xiàn)過流沖

5、擊損壞等三方面進(jìn)行。殼溫度對比結(jié)果如圖6所示，柵極驅(qū)動波形的穩(wěn)定性參考圖7與圖8。圖6 同等條件下殼溫度對比 圖7 國外主流產(chǎn)品 I 波動v-pp=4.3V 圖8 中科君芯 v-pp=3.1V5 總結(jié)在滿載條件下模擬焊條和母材接觸瞬間的點焊實驗，連續(xù)點焊1h，測試中焊機(jī)無異常，點焊后焊機(jī)工作正常。通過比測不同器件的管殼溫度及帶載條件下的柵極驅(qū)動波形抖動來看，中科君芯器件滿足焊機(jī)應(yīng)用需求，實測與國外主流產(chǎn)品性能相當(dāng)。除優(yōu)化上述兩個參數(shù)，該系列IGBT設(shè)計成正溫度系數(shù)適合并聯(lián)條件下使用，同時將IGBT和快恢復(fù)FRD集成在同一封裝中提高整體性能。表1為中科君芯1200V系列中40A器件和國外主流廠家同規(guī)格IGBT主要參數(shù)對比。關(guān)斷損耗與飽和壓降折中曲線如圖4所示。表1數(shù)據(jù)在同一動靜