上海贝岭650V/80A IGBT助力高效率逆变焊机设计

发布时间：2024-09-26 10:36
作者：AMEYA360
来源：上海贝岭
阅读量：1069

　　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。

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　　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。

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　　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：

　　1、IGBT器件内部合封二极管续流和反向恢复过程损耗Ediode

　　2、IGBT开启损耗Eon

　　3、IGBT通态损耗Econ

　　4、IGBT关断损耗Eoff

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　　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。

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　　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。

　　4.1、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。

　　4.2、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。

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　　4.3、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%。

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　　4.4、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。

上海贝岭650V/80A IGBT助力高效率逆变焊机设计

　　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：

（备注：文章来源于网络，信息仅供参考，不代表本网站观点，如有侵权请联系删除！）

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　　01 概述V2G示意图　　随着电动汽车的普及，市场对高效率、快充基础设施的需求日益紧迫。新一代电动车续航与电池容量不断提升，亟需配套快速直流充电方案。　　V2G(车辆到电网)技术进一步拓展了充电设施的功能边界，可将电动汽车电池电能回馈至电网，在用电高峰时提供支持。为实现这一功能，充电桩需集成双向转换器，使电动车不仅能充电，还能参与电网调节，提升电网对间歇性可再生能源的接纳能力。　　02 充电桩电路拓扑充电桩电路拓扑图　　直流充电桩分为前级AC/DC电路和后级DC/DC电路。交流/直流级(也称为 PFC 级)是电动汽车充电站中的第一级功率转换。它将来自电网的输入交流电源 (380– 415VAC) 转换为大约 800V 的稳定直流链路电压。前级拓扑主要有Vienna PFC和T 型 NPC PFC。　　直流/直流级是电动汽车充电站中的第二级功率转换。它将 800V 的传入直流链路电压(对于三相系统)转换为较低的直流电压，以便为电动汽车的电池充电。后级电路拓扑主要有LLC电路和双有源桥。　　03 上海贝岭IGBT技术特点　　贝岭IGBT7 平台采用先进的沟槽场截止(T-FS)技术制成。充电桩应用开关频率较高，BLG80T65FDK7以较低的Vce(sat)和开关损耗，能降低充电器热量损耗提高效率。该器件在25℃和175℃下的trade-off曲线表现更优，体现出其在导通损耗与开关损耗之间的良好平衡，为高功率密度充电桩设计提供了理想的半导体解决方案。　　产品特点：　　① 高开关频率　　② 产品耐压高　　③ 低饱和压降VCE (sat)，VCE (sat)呈正温度系数，易于并联使用。　　④ 开关性能优化，低栅极电荷(Qg)，低开关损耗　　⑤ 漏电小　　⑥ HV-H3TRB加严可靠性验证，保证极端运行环境下使用寿命　　⑦ 符合175℃结温的工业级考核标准　　3.1 低开关损耗　　在充电桩应用中，开关频率在20KHz—50KHz左右，其开关频率越高，开关损耗占比越高。在25℃和175℃条件下，我司BLG80T65FDK7产品Eon、Eoff和总损耗Ets均优于竞品H5系列。低开关损耗可提高充电桩系统的整体效率，并减轻散热负担，提高可靠性。　　3.2 低饱和压降Vce(sat)　　在温度25℃下，我司BLG80T65FDK7的Vce(sat)比竞品H5系列小16%左右。在温度175℃下，我司BLG80T65FDK7的Vce(sat)比竞品H5系列小14%左右。饱和压降明显优于竞品，有利于降低导通损耗。Vce正温度系数有利于单管并联使用，有利于两个IGBT的电流和温度达到一个动态平衡状态，从而避免了“电流集中”到某一个器件上导致过热损坏。　　3.3 低漏电流Ices　　常温25℃条件下，我司BLG80T65FDK7的BV曲线和竞品一致;高温175℃条件下，我司BLG80T65FDK7的漏电远小于竞品。对于充电桩这类要求持续高负荷运行的设备而言，BLG80T65FDK7较小的漏电特性可提高系统能效和稳定性。　　04 上海贝岭SiC MOS技术特点　　BLC16N120是一款N沟道增强型平面SiC MOSFET，采用第二代平面栅技术，具有低导通电阻、低电容、低栅极电荷、高开关频率和低开关损耗等优越性能。随着我国新能源汽车的发展，高转化效率、高功率密度的SiC MOSFET器件成为未来发展的必然趋势。本产品通过其创新性结构设计，可推动充电桩高效一体化高质量发展。　　产品特点：　　① 高开关频率　　② 低导通损耗，低导通电阻　　③ RDS(ON)温升系数　　④ 低开关损耗　　⑤ 低Crss，可进一步提高系统效率　　⑥ 高Cgs设计，可抑制高速开关过程中的过冲现象　　⑦ HV-H3TRB加严可靠性验证，保证极端运行环境下使用寿命　　⑧ 符合175℃结温的工业级考核标准　　4.1 低RDS(ON)温升系数　　在温度25℃下，我司BLC16N120的Rdson与竞品C，R，I，Z相同。在温度175℃下，我司BLC16N120的Rdson 为22.4mΩ，比竞品C，R，I，Z低15%—45%左右。我司BLC16N120在175℃时Rdson为常温1.45倍，温升系数低，易于高功率密度并联使用，可降低充电桩系统温升。　　4.2 低HDFM　　，是一个用于评估功率开关器件综合损耗的重要因数。该指标用于衡量器件的导通损耗和开关损耗，其数值越小，通常意味着器件在实际应用中的整体效率越高。我司BLC16N120的HDFM与竞品I相当，远低于竞品C，R，Z。　　4.3 高抗串扰能力　　对于充电桩高效率功率变换器而言，器件的抗串扰能力是系统鲁棒性与可靠性的核心指标。栅源电容与栅漏电容的比值(Cgs/Cgd)是衡量器件抗串扰能力的一个重要参数。该比值越大，通常表征器件的抗串扰能力越强。在全桥的拓扑结构中，器件具有高抗串扰能力，抵御桥臂直通风险的能力较强。　　05 直流充电桩贝岭选型方案　　为全面支持不同功率等级的充电桩设计，上海贝岭提供了覆盖650V与1200V电压等级的系列化半导体解决方案。该方案包含功率器件与关键IC芯片，为充电桩系统提供从功率转换到控制管理的完整技术支撑。功率器件包括高效IGBT、SiC MOS以及用于辅助电源的Planar MOS，满足主功率单元对高效率、高可靠性的要求。
2025-11-19 17:53 阅读量：340
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