芯耀
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01
焊機(jī)的典型拓?fù)?/strong>
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(huà)說(shuō)：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(jìng)爭(zhēng)。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(lái)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(kāi)始的硬開(kāi)關(guān)技術(shù)，到移相軟開(kāi)關(guān)技術(shù)再到雙零軟開(kāi)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?，IGBT 的正確選擇和使用顯得很是重要。
?硬開(kāi)關(guān)拓?fù)?br /> 電路拓?fù)?/a>如下：
UDC 為直流母線(xiàn)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(kāi)關(guān)電路的工作方式如下：
IGBT1 和 IGBT4 同時(shí)開(kāi)通和關(guān)斷，IGBT2 和 IGBT3 同時(shí)開(kāi)通和關(guān)斷，在開(kāi)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)闀r(shí)硬開(kāi)關(guān)，我們開(kāi)到開(kāi)關(guān)部分的波形存在較為嚴(yán)重的振蕩。
?移相軟開(kāi)關(guān)拓?fù)?br /> 電路拓?fù)淙缦拢?/strong>
與硬開(kāi)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(kāi)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(kāi)通和關(guān)斷存在一定的相位。因此，開(kāi)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(zhǎng)，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(kāi)關(guān)拓?fù)?br /> 電路拓?fù)淙缦拢?/strong>
在 AB 段串入飽和電感 Ls 和阻斷電容 C，IGBT1 和 IGBT4 同時(shí)開(kāi)通，不同時(shí)關(guān)斷，IGBT2 和 IGBT3 亦是如此。根據(jù)雙零軟開(kāi)關(guān)的電路特點(diǎn)，零電壓開(kāi)通和零電流關(guān)斷，使得 IGBT 的開(kāi)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(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；
④電壓、電流等級(jí)
三相 380V 的輸入電壓，母線(xiàn)為√2*380=537V 左右，硬開(kāi)關(guān)的情況下，IGBT 的額定電壓一般要求高于直流母線(xiàn)電壓的兩倍，這是考慮到硬開(kāi)關(guān)尖峰電壓較高的原因；而軟開(kāi)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(guò)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(kāi)了。萬(wàn)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(shuō)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(xiàn)圈的匝數(shù)；B 為磁通密度，S 為鐵心的截面積。
可以看出，開(kāi)關(guān)頻率做的越高，可以減少一次側(cè)線(xiàn)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。
