上海贝岭650V/80A IGBT助力高效率逆变焊机设计

Release time:2024-09-26
author:AMEYA360
source:上海贝岭
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  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。

上海贝岭650V/80A IGBT助力高效率逆变焊机设计

  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。

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  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:

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上海贝岭:适用于多种应用场景的低噪声运算放大器BL3722
  01 引言  在电子电路设计中,低噪声运算放大器(Low-Noise Operational Amplifier)是一种专为微弱信号处理而设计的电子元器件,其核心优势在于运算放大器具有较低的噪声水平,能够有效解决微弱信号易被噪声淹没的问题,确保电路安全、可靠的运行。上海贝岭推出的低压、低噪声双通道运算放大器BL3722具有如下特点,可应用于电机控制、工业机器人、便携式音频设备、电池供电设备等领域。  主要特点  · 电源范围:2.7~5.5V  · 工作电流:1.2mA(Typ.)  · 输入失调电压:1.5mV(Max.)  · 输入偏置电流:1pA(Typ.)  · -3dB带宽:6MHz  · 压摆率:6.0V/us  · 0.1~10Hz低频噪声:4.35uV  · 1KHz噪声谱密度:15.5 nV/√Hz  · ESD:HBM ±8KV ,CDM ±2KV  · LU:±1000mA  · 封装形式:SOP8/MSOP8图1 引脚定义图  02 应用场景  电机控制在电机控制系统中,如电动自行车、大家电等应用中一般需要通过FOC算法控制一个或多个无刷电机。在无刷电机控制系统中为确保电机能够良好的运行,电机的相电流控制是必不可缺的,需要利用低噪声运算放大器对电机的相电流进行放大后给MCU进行信号采集(典型应用原理图如图2)。如果运算放大器的带宽和压摆率达不到要求,可能会影响电路相电流的采样精度以及电路的安全。上海贝岭推出的低噪声运算放大器BL3722具有6.0MHz带宽以及6.0V/us的压摆率,一方面可以确保电机的快速启动性能,对电机电路的主电流进行实时监控,实现电机电流的闭环控制。另一方面可以快速响应电机在高速运行过程中出现的短路、过流等故障,为电路安全、可靠的运行保驾护航。图2 电机的相电流放大典型应用原理图  工业机器人工业控制领域的工作环境复杂,对电子设备的适应性和稳定性要求高,随着工业4.0的不断推进,工业控制系统对信号处理的要求也越来越高。低噪声运算放大器在工业机器人的光电编码器和磁电编码器中主要用于放大霍尔传感器输出级的微弱模拟信号(典型应用原理图如图3)。为防止霍尔传感器信号(通常为mV级微弱信号)被运算放大器的失调电压淹没,需要运算放大器的失调电压小于传感器的输出信号。BL3722具有低失调电压、0.1Hz~10Hz的范围内低频噪声为 4.35uV、宽工作温度范围、高可靠性等特点,可以满足此类工业级微弱信号放大的极端应用场景。图3 霍尔传感器微弱信号放大典型应用原理图  便携式音频设备在便携式音频设备如背带式便携音响、无线麦克风、无线耳机等应用中需要采用低噪声运算放大器实现信号放大的功能。BL3722 在1KHz的噪声谱密度为15.5nV/√Hz,可以有效减少电路自身噪声对音频信号的干扰,提升语音清晰度,确保高信噪比。  电池供电设备在电池供电的设备如笔记本电脑、电动玩具、扫地机器人、园林工具等应用中,需要运算放大器具有宽工作电压范围以及较低的功耗以延长电池的续航时间。BL3722具有宽工作电压范围2.7~5.5V以及低至1.2mA(Typ.)的工作电流,适用于电池供电的电子设备。  03 产品订购信息  上海贝岭提供系列化的产品选择(如图4),专业的技术支持,以及稳定的供应,为用户的产品设计和批量使用保驾护航。图4 产品订购信息
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