PDF《用于 ZVZCS 逆变电焊机的高频 IGBT 模块》

10 kHz耀60 kHz 范围时袁NFM 系列的性能最优遥 2.3 IGBT 模块的封装 通过优化模块内部电极的布局和焊接强度袁 NFM 系列模块的封装与硅片特性均得到改善遥 模块 封装设计的一个主要目标就是降低杂散电感遥 采用 新封装的模块袁其杂散电感减为原模块的 1/3遥 新封 装的另一个优势在于显著降低了热应力遥 这两方面 的改善使得模块适用于高频领域遥

3 ZVZCS 逆变电焊机的拓扑和工作原理 3.1 ZVZCS 的含义 ZVZCS 是指在逆变电路中的开关器件在开通 和关断过程中呈现几乎零电压或零电流袁 从而使得 开关器件在开通时段 ton 和关断时段 toff 的功耗几乎 降为零遥 ZVZCS 的工作过程叫做软开关工作过程袁开 关过程中电流电压同步反向变化的开关过程就叫做 硬开关过程袁如图

4 所示遥 实现软开关过程的电路主要有完全谐振电路和 部分谐振电路两大类遥 3.2 完全谐振电路 完全谐振电路可分为串联谐振电路和并联谐振 电路两种袁图

5 示出这两种谐振电路遥 完全谐振电路的开关导通有效占空比小袁 功率 转换效率低袁逆变器体积大袁产品设计成本高袁不适 用于中大功率的逆变焊接电源袁 主要适用于逆变频 率在

100 kHz 以上的逆变电源袁 比如航空航天电源尧 军用电源尧小功率通信电源尧小功率逆变焊机等袁而 且谐振变换逆变器的开关管主要采用 VDMOS 器件遥 3.3 部分谐振逆变电路 传统的部分谐振电路为移相全桥软开关逆变电 路袁如图 6a 所示遥 众所周知移相全桥软开关逆变电路的控制方式 就是变异的 PWM 控制袁需要逐个脉冲控制袁即实时 检测每对开关管共同导通时间内逆变电路电流的峰 值袁来调节这对开关管共同导通的时间袁所以称为峰 值电流 PWM 控制方式遥 由于逆变器在空载和轻载时检测峰值电流很困 难袁且抗干扰性能差袁使控制系统不够稳定曰又因为 逆变焊接电源频繁工作于空载尧 轻载和正常负载的 变换过程中袁 所以完全移相全桥逆变电路不适用于 逆变焊接电源袁 而适用于始终保持一定负载的程控 交换机电源尧激光电源尧电解电镀电源等遥 所以袁 设计了一套非对称拓扑的软开关逆变电 路袁如图 6b 所示遥 其基本工作原理就是把全桥电路 的两个桥臂分为超前臂和滞后臂遥超前臂先关断袁滞 后臂后关断袁轻载时滞后臂半桥工作袁从而解决了轻 载工作的有效控制遥

4 实验对于 ZVZCS 逆变焊机而言袁IGBT 开关管的工作 不同于硬开关工作的变频器袁 焊机为偏电阻性的负 载袁经反并联快恢复二极管续流的电流比较小袁且时 间短袁所以对 IGBT 反并联二极管的性能要求不高遥 对于额定输出电流为

500 A 的各类逆变焊机袁 如果是硬开关袁就最好采用

150 A IGBT 模块曰而对 于软开关逆变就可以采用

100 A 的IGBT 模块遥 采用 CM100DC1鄄24NFM 做成一套 ZVZCS 的逆 变电焊机袁并作了详细的评价实验[2] 遥图7示出逆变器中 IGBT 超前臂和滞后臂的输 出电流和集射极电压 Vce 波形遥 另外袁额定工作条件 下的温升情况达到了预期的理想效果遥

5 结论采用优化的 CSTBTTM 硅片和低电感封装技术 的NFM 系列高频 IGBT 模块已经成功用于逆变电 焊机遥 实验结果表明袁该模块非常适用于 ZVZCS 逆 变电焊机遥 参考文献 [1] Yuuji Miyazaki袁Hiroki Muraoka袁Michiaki Hiroshi.IGBT Module 耶NFM Series爷for High Frequency Application[N]. 三菱电机技报袁2006袁80渊6冤. [2] Mitsubishi Electric.IGBT Modules Application Note for Welder[S].CMH鄄7395袁2007. 图4ZVZCS 两种开关模式 图5串尧并联谐振电路 图6移相全桥逆变电路和非对称拓扑的软开关逆变电路 图7IGBT 输出电流和 Vce 实验波形 ........