IGBT逆變柜

提示：

1、前言

IGBT （Insulated GateBipolar Transistor）全稱為絕緣柵雙極晶體管，作為逆變焊機中高頻逆變的主要開關(guān)器件，其性能的優(yōu)劣將直接影響焊機整體表現(xiàn)。隨著國內(nèi)工藝水平和設(shè)計能力的提升，國產(chǎn)IGBT開始進入焊機領(lǐng)域。中科君芯IGBT芯片技術(shù)歷經(jīng)穿通型（PT）IGBT與非穿通（NPT）型IGBT，過渡到目前國際最新的溝槽柵場截止型技術(shù)FS-IGBT(圖1)。針對焊機產(chǎn)品的1200V系列正是采用了這一最新技術(shù)。

相對于PT和NPT，F(xiàn)S技術(shù)的特點為正面采用溝槽柵結(jié)構(gòu)可進一步減小正向?qū)〞r飽和壓降值VCE(sat)，同時背面采用場截止技術(shù)進一步優(yōu)化器件的開關(guān)性能，在提高性能同時可使芯片做的更薄，這種結(jié)構(gòu)特性對高壓器件來說是至關(guān)重要的。

焊機領(lǐng)域開關(guān)頻率一般≥20kHz，為適應(yīng)這一頻率要求，特別針對開關(guān)特性和飽和壓降進行折中優(yōu)化，保證在降低開關(guān)損耗的前提下導(dǎo)通壓降值不能有顯著增加。

因變壓器漏感及引線寄生電感的存在，當IGBT關(guān)斷時，di/dt在雜散電感上形成電壓尖峰，針對這一特點，在設(shè)計IGBT耐壓時進行優(yōu)化處理（標稱1200V器件的實際耐壓值達到1400V左右）。

另外焊機中和IGBT反并聯(lián)的FRD及外置吸收電容的存在，使得IGBT在開通時產(chǎn)生很大的du/dt，導(dǎo)致IGBT開通時流過IGBT的電流會出現(xiàn)較大的峰值。在設(shè)計IGBT時特別針對IGBT的集電極重復(fù)峰值電流ICRM進行特殊處理，從而使峰值電流在額定值的4倍條件下進行安全工作，并考核在不同脈沖寬度下該器件承受峰值電流的能力。

本文通過對中科君芯1200V FS-IGBT和國外主流器件在逆變電焊機上進行對比測試，分析探討NPT與FS技術(shù)IGBT在實際應(yīng)用中的優(yōu)劣與差異。

2、實驗平臺

國內(nèi)某品牌220V/380V雙電壓輸入電焊機，型號為ZX7-250ML，全橋電路拓撲，單臺機器IGBT用量為4pcs， 25A1200V單管IGBT，機器初始設(shè)計用國際F品牌 NPT-IGBT單管，測試時用國際I品牌FS-IGBT和君芯FS-IGBT單管器件直接替換測試，未調(diào)整驅(qū)動電路。工作時IGBT開關(guān)頻率為26kHz。

3、溫升對比實驗

測試目的：測試場截止型FS-IGBT與NPT-IGBT在焊機應(yīng)用中的溫升性能優(yōu)異。

測試方法：輸入電壓220V，實際輸出電流160A，輸出電壓26.4V，60%暫載率測試.

測試結(jié)果：

室內(nèi)常溫下測試結(jié)果數(shù)據(jù)：

結(jié)論：

在此款機型測試平臺下及相同測試條件中，場截止型IGBT溫升性能明顯優(yōu)于非串通型IGBT。中科君芯場截止型IGBT與國際領(lǐng)先的I品牌FS-IGBT在溫升性能變現(xiàn)上相當。

4、VCE, IC,VGE波形對比測試實驗

測試目的：測試場截止型FS-IGBT與NPT-IGBT在焊機應(yīng)用中的相關(guān)波形是否存在較大差異

測試方法：高溫40℃下，輸入電壓220V，實際輸出電流160A，輸出電壓26.4V。

測試結(jié)果：

結(jié)論：

在該測試平臺及上述測試條件下，NPT-IGBT與FS-IGBT波形接近，測試數(shù)據(jù)均在規(guī)格范圍之內(nèi)。在實際焊接電流沖擊實驗過程中，測試實驗器件沖擊電流都未超過額定值的2倍(50A)；經(jīng)過多次點焊，及連續(xù)焊接；器件表現(xiàn)穩(wěn)定，抗沖擊性無差異。

總結(jié)：

通過以上實驗數(shù)據(jù)，表明場截止型IGBT比非穿通型IGBT在較高頻率的逆變焊機應(yīng)用中，溫升性能表現(xiàn)更優(yōu)，可持續(xù)負載時間更長。中科君芯自主研發(fā)的FS IGBT芯片技術(shù)已經(jīng)和國際一線品牌相當。