【上海贝岭】650V/80A IGBT助力高效率逆变焊机设计
一、引言
逆变焊机作为一种先进的焊接设备，在现代工业中占据了重要的地位。与传统的变压器式焊接设备相比，具有诸多优点，如：
高效节能
由于逆变焊机的工作频率很高（通常在20kHz~100kHz），因此它能更有效地利用电能，减少能量损失。
轻便便携
相比传统焊机，逆变焊机体积小、重量轻，易于携带。
焊接性能好
逆变焊机能提供更稳定的电弧，减少飞溅，提高焊接质量。
可调节性强
用户可以根据不同的焊接材料和厚度来调整焊接参数，灵活性更高。
如图1所示，逆变焊机工作原理是先将电网提供的工频交流电转变为直流电，然后通过电子开关（IGBT/MOSFET）将直流电逆变成高频交流电，最后通过整流得到适合焊接工艺要求的电流和电压。
图1 逆变焊机工作方框图
二、逆变焊机拓扑介绍
逆变焊机主电路拓扑已经较为成熟，主要的拓扑有双管正激式、推挽式、半桥式、全桥式等。
图2.1为半桥式拓扑结构。该拓扑由两个功率管组成桥式电路，其对称交替导通有利于变压器完全复位，磁芯利用率高，输出响应快，且半桥分压电容器的存在能够较好抗磁偏。该拓扑广泛应用于中小功率逆变焊机。但在相同功率下，半桥式功率管要承受更大的电流。
图2.2为全桥式拓扑结构。该拓扑由四个功率管组成桥式电路，主要应用于大电流、大功率场合，变压器磁芯利用率高，成本也相应较高。
图2.1 半桥逆变主电路
图2.2 全桥逆变主电路
三、逆变焊机IGBT损耗分析
目前市面上大部分逆变焊机采用的为硬开关电路，电路拓扑如图2.1和2.2，通过测试分析，该应用场景IGBT器件的损耗主要来源于以下四个部分，如图3.1所示：
IGBT器件内部合封二极管续流和反向恢复过程损耗Ediode
IGBT开启损耗Eon
IGBT通态损耗Econ
IGBT关断损耗Eoff
图3.1 逆变焊机IGBT开关波形
如图3.2所示，逆变焊机硬开关应用中，关断损耗Eoff占比最大，其次为导通损耗Econ。
图3.2 IGBT损耗占比
四、上海贝岭650V/80A IGBT产品优势
为适应逆变焊机客户大电流IGBT单管需求，上海贝岭研发推出650V/80A IGBT单管BLG80T65FDK7，助力高效率逆变焊机设计。该器件具有开关速度快、关断损耗小、导通电压低等特点，可满足客户高效率设计要求。
器件技术
上海贝岭650V/80A IGBT产品BLG80T65FDK7采用了第七代微沟槽多层场截止IGBT技术，进行了特殊工艺控制，优化了VCE(sat)和Eoff参数，提升了产品的可靠性。
饱和压降VCE(sat)
逆变焊机中IGBT的导通损耗占总损耗比例较大，影响导通损耗的主要参数为VCE(sat)，常温下贝岭BLG80T65FDK7导通压降比竞品低12%，导通损耗比竞品更低。
图4.1 不同温度下饱和压降对比
关断损耗Eoff
BLG80T65FDK7具有较小的寄生电容，这保证了器件有更高的开关速度，开关频率高达50kHz以上，如图4.2所示，通过测试IGBT的损耗，BLG80T65FDK7关断损耗比竞品低5%。
图4.2 IGBT关断损耗对比
系统优势
IGBT开关频率的提高还可以显著提升逆变焊机对电流的控制精度，同时器件损耗的减小，可在大功率输出工况下提升焊机的工作效率，显著降低正常工作时IGBT器件的温升。上海贝岭BLG80T65FDK7基于优异的器件设计，为逆变焊机系统顺利通过温升、输出短路等测试提供了保障。如图4.3，常温自然散热情况下，贝岭BLG80T65FDK7和竞品壳温基本一致，满足客户的需求。
图4.3 IGBT壳温对比
五、上海贝岭功率器件选型方案
上海贝岭功率器件产品线齐全，包含MOSFET、IGBT等系列产品，为逆变焊机主逆变和辅助电源设计提供助力，具体型号参考表1：
表1 功率器件选型表
本文来源：上海贝岭
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