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日期：2022-11-23 來源：belling

一、引言

從金屬加工到汽車制造，從鐵路建設到輪船建造，人們利用焊接技術和焊接設備將各種材料連接拼合，打造出一件件工業(yè)藝術品，因此，電焊機也被工業(yè)從業(yè)者們稱為"鋼鐵縫紉機"。然而，在進行工業(yè)焊接時，也會伴隨著大量能源消耗。預估到2040年，全球工業(yè)領域的能源消耗量將翻一番。秉承著綠色環(huán)保、物盡其能的理念，市場更青睞于工作更加輕便快捷、用電更加節(jié)能高效的焊機產(chǎn)品。

 圖1 工業(yè)逆變焊機實物圖

二、逆變焊機市場介紹

逆變焊機在工作時先將電網(wǎng)中的交流電整流成直流電，再逆變成交流電，經(jīng)過逆變后的交流電頻率很高，所以只需要很小的主變壓器的鐵心截面積和較少的線圈匝數(shù)就可以實現(xiàn)這一過程，使逆變焊機的制造過程中不需要使用過多的金屬材料，相較于傳統(tǒng)焊機在尺寸、重量、電能損耗等方面有著難以超越的優(yōu)勢。不僅如此，逆變焊機對輸出電流調(diào)整的精度控制在微秒級，更高的精度帶來了更滿意的焊接效果。這些優(yōu)勢令逆變焊機在我國焊接切割市場的占有率提升迅猛。

根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院《中國焊割設備行業(yè)產(chǎn)銷需求與轉(zhuǎn)型升級分析報告》顯示，近年來我國焊接切割設備行業(yè)市場規(guī)?？傮w保持穩(wěn)定，2020年達到497.02億元，而逆變焊機約占其中的一半左右，市場規(guī)模超過200億元且保持較高增長態(tài)勢。圖2.1和圖2.2分別反映了我國焊割設備市場發(fā)展情況和分布情況。

圖2.1 2011-2020年我國焊接切割設備行業(yè)市場規(guī)模

圖2.2 焊機在各行業(yè)應用比例

從上述市場情況可以了解到，逆變焊機市場需求量巨大，這也是很多電子制造業(yè)都瞄準的重要市場領域。

三、逆變焊機主流方案介紹

從傳統(tǒng)焊機到逆變焊機，設計發(fā)生了巨大變化，主要包括一次整流電路、逆變電路、二次整流電路、輔助電源電路和PWM控制電路。

在逆變焊機中，全橋電路拓撲和半橋電路拓撲最為常用。圖3.1和圖3.2展示了兩種結(jié)構的電路拓撲。

半橋電路被廣泛應用于中小功率逆變電源。變壓器原邊繞組通過交替開關在兩個方向上對稱地被驅(qū)動，導致變壓器的完全復位并實現(xiàn)磁芯最大化利用。與全橋電路相比，半橋電路僅使用了兩個功率開關管，在節(jié)省成本的同時為器件帶來了一定的抗偏磁能力。

全橋電路結(jié)構有四個功率開關管，當所有開關管工作在相同的電流大小時，全橋拓撲能夠提供相對于半橋電路兩倍的輸出功率。全橋電路的變壓器磁芯利用率最高。通常情況下，全橋拓撲一般應用于輸出電流在 400A 以上的弧焊電源。

圖3.1 半橋電路拓撲

圖3.2 全橋電路拓撲

四、上海貝嶺1200V/40A IGBT技術特點

上海貝嶺一直在積極研發(fā)新一代的IGBT技術，努力為逆變焊機設計提供性能更好和更加可靠的IGBT產(chǎn)品，助力逆變焊機裝備的高效設計，滿足市場終端需求，同時也為國家的低碳目標做出重要貢獻。

針對三相逆變焊機的普遍需求，上海貝嶺推出了型號為BLG40T120FUK的1200V/40A高速IGBT器件。該器件具有開關速度快、關斷損耗小等特點，可滿足客戶大功率和高效率設計要求。目前，該IGBT產(chǎn)品已在國內(nèi)部分焊機客戶批量使用。

4.1 器件技術

上海貝嶺1200V/40A IGBT產(chǎn)品BLG40T120FUK采用了溝槽柵場終止結(jié)構和特殊工藝控制，優(yōu)化了V_CE(on)和E_off參數(shù)，提升了產(chǎn)品的可靠性。

4.2 器件參數(shù)性能

BLG40T120FUK具有較小的寄生電容，這保證了器件有更高的開關速度。

較小的IGBT器件關斷損耗和通態(tài)損耗，搭配正向壓降較低的續(xù)流二極管，顯著減小了器件的總損耗。開關損耗的減小可間接提高開關頻率。

此外，較低的Q_g 有助于降低對柵極驅(qū)動的功率能力的要求，驅(qū)動更容易。

4.3系統(tǒng)優(yōu)勢

IGBT器件總損耗的減小，可在大功率輸出工況下大大提升逆變焊機的工作效率，顯著降低正常工作時器件的溫升。

更高的器件開關頻率也會顯著提升逆變焊機在實際應用中的控制精度。

上海貝嶺BLG40T120FUK基于優(yōu)異的器件性能，為工業(yè)逆變焊機系統(tǒng)順利通過溫升、輸出短路等測試提供了保障。

4.4可靠性測試

BLG40T120FUK產(chǎn)品符合工業(yè)級品控，耐受嚴酷的使用環(huán)境，已通過的主要可靠性項目如下：