上海贝岭650V/80A IGBT助力高效率逆变焊机设计-Ameya360 electronic components purchasing network

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。

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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。

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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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行业新闻

上海贝岭650V FBL系列IGBT 赋能伺服控制器

　　一、概述　　中国产业升级持续提速，制造业智能化、自动化迈入新阶段，市场对高精度电机控制器的需求日益迫切。伺服控制器作为精准控制与自动化生产的核心部件，其市场规模正随产业升级浪潮持续扩大。在机器人等热门领域，高性能伺服控制器是实现设备精准动作、复杂任务执行的关键支撑。功率器件作为伺服控制器的核心组成，直接决定产品的功率输出、控制精度与运行可靠性。依托多年设计与生产积淀，上海贝岭针对性优化产品参数，面向高性能伺服控制器场景推出 650V FBL 系列 IGBT 产品。该系列产品电流等级覆盖 8A-30A，可充分匹配伺服控制器的核心性能需求。　　二、伺服控制器应用拓扑　　伺服控制器的控制核心基于闭环反馈控制，微处理器(MCU)通过实时对比上位机给出的指令信号和电流、位置传感器反馈的电流、位置信号，动态调节输出功率，使得电机能够精准执行位置、速度或力矩指令。由隔离驱动器驱动和六颗绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)组成的三相逆变桥是精准控制的核心。图1 伺服控制器拓扑图　　三、贝岭IGBT技术平台　　650V FBL系列产品基于贝岭G2 Trench FS IGBT工艺平台，对标市场主流的4代产品工艺，采用微沟槽工艺，正面结构采用精心设计的“Gate沟槽+dummy沟槽” 比例，背面采用优化的H FS工艺，使得产品在导通压降Vce(sat) 与开关损耗Esw之间取得良好折衷，以及优秀的短路能力;终端采用优化的“FLR+场板技术”，可实现175℃的最高工作结温，并且可以通过HV-H3TRB的加严可靠性测试。　　四、650V FBL系列产品核心优势　　能效领跑——低饱和压降Vce(sat)和低正向压降VF　　在伺服控制器应用中，典型开关频率范围为8-16kHz，IGBT和与其并联的快恢复二极管(Fast Recovery Diode, FRD)的导通损耗Econ占器件总体损耗的比例较高。IGBT的导通压降Vce(sat)和FRD的正向压降VF是影响导通损耗Econ的关键参数。图2和图3分别展示了在节温25℃和125℃时，贝岭 FBL系列产品和市场主流IGBT系列产品导通压降Vce(sat)典型值的对比;图4和图5分别展示了在节温25℃和125℃时，FRD正向压降VF典型值的对比。在常温，高温下，贝岭 FBL系列产品的IGBT饱和压降和FRD正向压降均优于竞品，可直接减少伺服控制器导通损耗，不仅能降低设备运行时的能耗成本，还能减轻散热模块负担，缩小设备体积，延长整机寿命，提高系统可靠性。图2 25℃时IGBT饱和压降Vce(sat)典型值对比图3 125℃时IGBT饱和压降Vce(sat)典型值对比　　*数据测试条件为相同封装，栅-发射极电压Vge为15V，测试电流Ic为各产品标称电流值图4 25℃时 FRD正向压降VF典型值对比图5 125℃时 FRD正向压降VF典型值对比　　*数据测试条件为相同封装，测试电流IF为各产品标称电流值　　动态性能升级——低开关损耗Esw　　IGBT作为开关器件，其在应用中的开关损耗也不容忽视，图6 展示了在节温25℃时，贝岭FBL系列产品与竞品的开关损耗对比。在器件开通时刻电压压摆率相同的条件下，贝岭 FBL系列产品的开关损耗与竞品接近，其中10A 和30A 产品更具优势，可更好地适配伺服控制器高频开关需求，使得电机启停、转速调节响应更快，设备执行精准动作时更流畅，减少控制偏差。图6 25℃时 IGBT开关损耗对比　　*数据测试条件为相同封装，栅-发射极电压Vge为15V/0V，测试电流Ic为各产品标称电流值，相同开通电压压摆率　　抗短路能力强劲——超长耐受　　贝岭650V FBL系列IGBT产品针对伺服控制器应用，着重优化器件的短路耐受能力，器件可在高栅极驱动电压(18V)和高节温(175℃)的双高条件下，依旧维持较长的短路时长，保障伺服控制器的安全运行。图7展示了BLG30T65FBL在420V 母线电压下(栅极驱动电压18V、节温175℃)，器件短路耐受波形。即便在高温、高电压的恶劣工况下，也能避免器件因短路损坏，减少伺服控制器突发停机，降低产线运维成本。图7 BLG30T65FBL高温、高栅压下短路耐受波形　　五、贝岭功率器件选型方案　　上海贝岭针对伺服控制器、通用变频器、工业缝纫机、跑步机、通用风机、园林工具等应用设计有多条650V IGBT产品线，涵盖电流等级8A-80A器件，欢迎垂询!具体型号参考表1。在高压伺服驱动器中，除了核心的功率器件，高效可靠的电源管理和信号处理芯片同样是确保系统稳定、可靠运行的关键，上海贝岭可提供电机控制相关的完整配套解决方案，具体型号参考表2。表1 功率器件选型列表表2 贝岭电机控制系统选型列表

2025-12-02 11:36 reading：331

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