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IGBT模块在焊机应用中的选型和安全运行

逆变焊机具有以下优点：体积小、重量轻、动态响应速度快、高效节能。
逆变焊机发展过程
IGBT模块逆变焊机的主电路拓扑：
1. 全桥硬开关主电路
逆变焊机全桥硬开关主电路
2. 全桥移相零电压软开关主电路
逆变焊机全桥移相零电压软开关主电路
3. 全桥零电压零电流软开关主电路
逆变焊机全桥零电压零电流软开关主电路
逆变焊机中IGBT模块的损耗特点(1)
1）全桥硬开关主电路
逆变焊机全桥硬开关主电路
全桥硬开关主电路波形
损耗特点：
IGBT:开关损耗大；
FWD:续流时间很短；
最佳IGBT芯片：KS4芯片
逆变焊机中IGBT模块的损耗特点(2)
2）全桥移相零电压软开关主电路
全桥移相零电压软开关主电路
全桥移相零电压软开关主电路开关波形及损耗特点
损耗特点：
IGBT:导通时间长，导通损耗大，开关损耗小；
FWD:续流时间长，导通损耗大；
最佳IGBT芯片：T4芯片
逆变焊机中IGBT模块的损耗特点(3)
3）全桥零电压零电流软开关主电路
全桥零电压零电流软开关主电路拓扑
全桥零电压零电流软开关主电路开关波形
损耗特点：
超前桥臂：
IGBT：开关损耗小，导通损耗占模块总损耗的很大比重；
FWD：续流时间长，导通损耗大；
滞后桥臂：
IGBT：导通时间长，导通损耗大，开关损耗小；
FWD：无续流时间；
最佳IGBT芯片：T4
针对各种逆变焊机的损耗选择合适的IGBT模块
对于硬开关焊机，开关损耗占的比重大，而且关断损耗相比开通损耗要大的多，需选择关断损耗小的IGBT模块；
对于软开关焊机，IGBT导通损耗占了很大比重，需选择饱和电压低的IGBT；
除了全桥移相零电压软开关焊机对反并二极管有一定要求外，其余焊机对二极管参数要求不高，对于以变频器为设计要求的反并二极管完全满足逆变焊机要求。文章来源：http://www.igbt8.com/bl/181.html
逆变焊机中IGBT模块的安全运行：
三相交流输入电压最大值VMAX=380V，经过整流和滤波后，直流母线电压的最大值：
直流母线电压的最大值
由于关断时环路寄生电感的作用，IGBT关断时的电压尖峰可能有大几百伏，电压尖峰如果过高需要加吸收电路，IGBT模块可以选额定电压值1200V。
IGBT模块尖峰电压
额定电流：
以500A 软开关CO2气保焊机为例：
500A CO2气保焊机在短路时电流可能达到700A，主变压器变比K=8:1, 变压器原边平均电流为700A/K=87.5A(峰值电流Icpulse还要大, 而且维持时间<2ms, 这时IGBT已进入稳
态，所以实际需按700A电流来设计，综合20KHz和强制风冷条件，选取100A IGBT 模块。
假定选取FF100R12RT4,单个IGBT导通损耗≈2V×87.5A×40%=70W单个IGBT开关损耗损耗≈5mJ*20KHz=100W    ΔTjh=(70W+100W) ×Rthjh=59℃  Thmax=Tjmax- ΔTjh =91℃
考虑到一定安全裕量，散热器温度保护点可设置在80度左右。
逆变焊机IGBT模块额定电流
额定电流的最终选取是以芯片结温不超过最高允许工作结温为依据！
开关时间：
逆变焊机IGBT模块开关波形
死区时间：
FF100R12RT4 时间参数：
FF100R12RT4 时间参数
上述测量值因电流，驱动电阻，结温等参数的变化而变化，而上述数值也直
接决定IGBT 的死区时间。
tDT=[((tdoff(max)+tf(max))-tdon(min))+(tPHLmax-tPLHmin))]×1.5
短路保护：
IGBT模块短路参数
焊机中典型桥臂直通的短路保护波形
焊机中典型桥臂直通的短路保护波形
典型饱和电压检测保护电路
典型饱和电压检测保护电路
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