焊機(jī)的基本知識(shí)、電路拓?fù)渑cIGBT選擇的建議

焊機(jī)的典型拓?fù)?/p>

焊機(jī)作為比較傳統(tǒng)的行業(yè)，但是任何一個(gè)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(gè)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。而今天我們主要聊聊焊機(jī)基本的一些知識(shí)。首先，我們來聊聊焊機(jī)的總體結(jié)構(gòu)，如下圖：

今天我們主要還是針對(duì)其中的逆變器部分以及IGBT的選擇方面進(jìn)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(duì)IGBT都有著各自不同的要求，也正因?yàn)槿绱耍琁GBT的正確選擇和使用顯得很是重要。

硬開關(guān)拓?fù)?/p>

電路拓?fù)淙缦拢?/p>

UDC為直流母線電壓，R1~R4和C1~C4對(duì)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(duì)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(fù)載。

硬開關(guān)電路的工作方式如下：

IGBT1和IGBT4同時(shí)開通和關(guān)斷，IGBT2和IGBT3同時(shí)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(shí)，選擇快速型IGBT，尤其時(shí)關(guān)斷時(shí)間較短的較好。因?yàn)?時(shí)硬開關(guān)，我們開到開關(guān)部分的波形存在較為嚴(yán)重的振蕩。

移相軟開關(guān)拓?fù)?/p>

電路拓?fù)淙缦拢?/p>

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(fù)載特性時(shí)不會(huì)導(dǎo)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(dǎo)通，各導(dǎo)通180°，IGBT3和IGBT4也是如此。但是IGBT1和IGBT4不同時(shí)導(dǎo)通，若IGBT1先導(dǎo)通，則IGBT4后導(dǎo)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(dǎo)通損耗會(huì)大，且續(xù)流二極管的工作時(shí)間較長，選擇IGBT時(shí)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(qiáng)。

雙零軟開關(guān)拓?fù)?/p>

電路拓?fù)淙缦拢?/p>

在AB段串入飽和電感Ls和阻斷電容C，IGBT1和IGBT4同時(shí)開通，不同時(shí)關(guān)斷，IGBT2和IGBT3亦是如此。根據(jù)雙零軟開關(guān)的電路特點(diǎn)，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：

IGBT選擇的幾點(diǎn)建議

下面聊聊焊機(jī)的中IGBT的選擇，因?yàn)楹笝C(jī)的負(fù)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(duì)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(duì)于驅(qū)動(dòng)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(dǎo)通壓降較小的；

電壓、電流等級(jí)

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(shí)，額定電流Ic=100A，考慮到增強(qiáng)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(shí)間小于1ms，使用時(shí)考慮兩倍的裕量，選用額定ICM＞150A即可。

焊機(jī)的工作情況可能比較特殊，其工作在“空載——短路——負(fù)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(dòng)電阻，保護(hù)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：

我們根據(jù)變壓器的計(jì)算公式U=4.44f*N*B*S

其中，f為變壓器的工作頻率；N為一次線圈的匝數(shù)；B為磁通密度，S為鐵心的截面積。

可以看出，開關(guān)頻率做的越高，可以減少一次側(cè)線圈匝數(shù)和貼心的截面積，從而降低變壓器的尺寸，提高焊機(jī)整體的功率密度。

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