焊機的典型拓撲

焊機作為比較傳統的行業，但是任何一個行業不可能是停滯不前的。俗話說：原地踏步就等于退步。所以，隨著電子元器件的發展，各個行業也都在不停地迭代更新，推出新的設備，贏得行業地競爭。而今天我們主要聊聊焊機基本的一些知識。首先，我們來聊聊焊機的總體結構，如下圖：

今天我們主要還是針對其中的逆變器部分以及IGBT的選擇方面進行討論。逆變技術從一開始的硬開關技術，到移相軟開關技術再到雙零軟開關技術的發展，對IGBT都有著各自不同的要求，也正因為如此，IGBT的正確選擇和使用顯得很是重要。

硬開關拓撲

電路拓撲如下：

UDC為直流母線電壓，R1~R4和C1~C4對應的串聯組合形成IGBT1~IGBT4的RC吸收網絡，TX1為逆變中頻變壓器，VD1和VD2為輸出全波整流二極管，R5、R6和C5、C6對應串聯組成VD1和VD2的吸收網絡，L為輸出濾波電感，R為輸出等效負載。

硬開關電路的工作方式如下：

IGBT1和IGBT4同時開通和關斷，IGBT2和IGBT3同時開通和關斷，在開關損耗中，關斷損耗占比較大。因此在選擇IGBT時，選擇快速型IGBT，尤其時關斷時間較短的較好。因為 時硬開關，我們開到開關部分的波形存在較為嚴重的振蕩。

移相軟開關拓撲

電路拓撲如下：

與硬開關電路不同，逆變主變壓器的一次側增加了諧振電感，使用負載特性時不會導致輸出電壓波形畸變。

移相軟開關工作方式如下：

IGBT1和IGBT2輪流導通，各導通180°，IGBT3和IGBT4也是如此。但是IGBT1和IGBT4不同時導通，若IGBT1先導通，則IGBT4后導通，兩者之間存在一定的相位角，同組IGBT的開通和關斷存在一定的相位。因此，開關損耗較小，但是導通損耗會大，且續流二極管的工作時間較長，選擇IGBT時應選擇低通態型IGBT，并且續流二極管的通流能力要強。

雙零軟開關拓撲

電路拓撲如下：

在AB段串入飽和電感Ls和阻斷電容C，IGBT1和IGBT4同時開通，不同時關斷，IGBT2和IGBT3亦是如此。根據雙零軟開關的電路特點，零電壓開通和零電流關斷，使得IGBT的開關損耗非常小，所以，在損耗中，通態損耗的占比較大，選擇低通態型IGBT較好。

工作方式如下：

IGBT選擇的幾點建議

下面聊聊焊機的中IGBT的選擇，因為焊機的負載較為特殊，具體選型建議如下：

①快速熱能響應

該特性反映了IGBT在單脈沖作用下將結溫傳遞給外殼的能力，對散熱器尺寸有重要意義；

②IGBT寄生電容參數

輸入電容Ciss，米勒電容Cres，輸出電容Coss，對于驅動功率，米勒效應等有著重要意義，所以選擇較小的米勒電容，輸入電容的IGBT較為有利；

③盡可能選擇導通壓降較小的；

電壓、電流等級

三相380V的輸入電壓，母線為√2*380=537V左右，硬開關的情況下，IGBT的額定電壓一般要求高于直流母線電壓的兩倍，這是考慮到硬開關尖峰電壓較高的原因；而軟開關一般 1200V就可以了；

電流：如輸出電流為400A，主變壓器變比為K=37/5，變壓器一次側的平均電流為400A/K=54A。選擇IGBT時，額定電流Ic=100A，考慮到增強引弧和推力功能，輸出電流最大值 為500A.變壓器一次側為500A/K=67.6A，這也是IGBT中流過的最大電流ICM，而且維持時間小于1ms，使用時考慮兩倍的裕量，選用額定ICM＞150A即可。

焊機的工作情況可能比較特殊，其工作在“空載——短路——負載”的變化中，因此比較在意電流參數方面。

關于其他的一些，如驅動電阻，保護電路等外部的今天我就不再這里再展開了。萬變不離其宗，再結合具有情況具體分析才是正理。

目前好像部分廠家都在往高頻率發展，有朋友跟我說他們正在考慮三電平的方案。高頻率主要可以大大地減小主變壓器的尺寸：

我們根據變壓器的計算公式U=4.44f*N*B*S

其中，f為變壓器的工作頻率；N為一次線圈的匝數；B為磁通密度，S為鐵心的截面積。

可以看出，開關頻率做的越高，可以減少一次側線圈匝數和貼心的截面積，從而降低變壓器的尺寸，提高焊機整體的功率密度。

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