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[導讀] 焊機作為比較傳統(tǒng)的行業(yè),但是任何一個行業(yè)不可能是停滯不前的。俗話說:原地踏步就等于退步。所以,隨著電子元器件的發(fā)展,各個行業(yè)也都在不停地迭代更新,推出新的設(shè)備,贏得行業(yè)地競爭。

首先,我們來聊聊焊機的總體結(jié)構(gòu),如下圖:

今天我們主要還是針對其中的逆變器部分以及IGBT的選擇方面進行討論。逆變技術(shù)從一開始的硬開關(guān)技術(shù),到移相軟開關(guān)技術(shù)再到雙零軟開關(guān)技術(shù)的發(fā)展,對IGBT都有著各自不同的要求,也正因為如此,IGBT的正確選擇和使用顯得很是重要。

硬開關(guān)拓撲

電路拓撲如下:

UDC為直流母線電壓,R1~R4和C1~C4對應(yīng)的串聯(lián)組合形成IGBT1~IGBT4的RC吸收網(wǎng)絡(luò),TX1為逆變中頻變壓器,VD1和VD2為輸出全波整流二極管,R5、R6和C5、C6對應(yīng)串聯(lián)組成VD1和VD2的吸收網(wǎng)絡(luò),L為輸出濾波電感,R為輸出等效負載。

硬開關(guān)電路的工作方式如下:

IGBT1和IGBT4同時開通和關(guān)斷,IGBT2和IGBT3同時開通和關(guān)斷,在開關(guān)損耗中,關(guān)斷損耗占比較大。因此在選擇IGBT時,選擇快速型IGBT,尤其時關(guān)斷時間較短的較好。因為 時硬開關(guān),我們開到開關(guān)部分的波形存在較為嚴重的振蕩。

移相軟開關(guān)拓撲

電路拓撲如下:

與硬開關(guān)電路不同,逆變主變壓器的一次側(cè)增加了諧振電感,使用負載特性時不會導致輸出電壓波形畸變。

移相軟開關(guān)工作方式如下:

IGBT1和IGBT2輪流導通,各導通180°,IGBT3和IGBT4也是如此。但是IGBT1和IGBT4不同時導通,若IGBT1先導通,則IGBT4后導通,兩者之間存在一定的相位角,同組IGBT的開通和關(guān)斷存在一定的相位。因此,開關(guān)損耗較小,但是導通損耗會大,且續(xù)流二極管的工作時間較長,選擇IGBT時應(yīng)選擇低通態(tài)型IGBT,并且續(xù)流二極管的通流能力要強。

雙零軟開關(guān)拓撲

電路拓撲如下:

在AB段串入飽和電感Ls和阻斷電容C,IGBT1和IGBT4同時開通,不同時關(guān)斷,IGBT2和IGBT3亦是如此。根據(jù)雙零軟開關(guān)的電路特點,零電壓開通和零電流關(guān)斷,使得IGBT的開關(guān)損耗非常小,所以,在損耗中,通態(tài)損耗的占比較大,選擇低通態(tài)型IGBT較好。

工作方式如下:

02

IGBT選擇的幾點建議

下面聊聊焊機的中IGBT的選擇,因為焊機的負載較為特殊,具體選型建議如下:

①快速熱能響應(yīng)

該特性反映了IGBT在單脈沖作用下將結(jié)溫傳遞給外殼的能力,對散熱器尺寸有重要意義;

②IGBT寄生電容參數(shù)

輸入電容Ciss,米勒電容Cres,輸出電容Coss,對于驅(qū)動功率,米勒效應(yīng)等有著重要意義,所以選擇較小的米勒電容,輸入電容的IGBT較為有利;

③盡可能選擇導通壓降較小的;

電壓、電流等級

三相380V的輸入電壓,母線為√2*380=537V左右,硬開關(guān)的情況下,IGBT的額定電壓一般要求高于直流母線電壓的兩倍,這是考慮到硬開關(guān)尖峰電壓較高的原因;而軟開關(guān)一般 1200V就可以了;

電流:如輸出電流為400A,主變壓器變比為K=37/5,變壓器一次側(cè)的平均電流為400A/K=54A。選擇IGBT時,額定電流Ic=100A,考慮到增強引弧和推力功能,輸出電流最大值 為500A.變壓器一次側(cè)為500A/K=67.6A,這也是IGBT中流過的最大電流ICM,而且維持時間小于1ms,使用時考慮兩倍的裕量,選用額定ICM>150A即可。

焊機的工作情況可能比較特殊,其工作在“空載——短路——負載”的變化中,因此比較在意電流參數(shù)方面。

關(guān)于其他的一些,如驅(qū)動電阻,保護電路等外部的今天我就不再這里再展開了。萬變不離其宗,再結(jié)合具有情況具體分析才是正理。

目前好像部分廠家都在往高頻率發(fā)展,有朋友跟我說他們正在考慮三電平的方案。高頻率主要可以大大地減小主變壓器的尺寸:

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