英飞凌第四代IGBT_T4在软开关逆变焊机中的应用
IGBT模块应用在逆变弧焊机的实证分析
Ｕ＝４ ｆ ＮＢ Ｓ （ ３ ）
根据该 公式 ， 设计时 根据 每个系列不同输 出电流 、 电压选择 铁心的 截面积和线 圈匝数 。 另外 ， 必须考虑集 肤效应 问题 。 由于变压 器是在高频状 态下工作 ， 随 着 电流 频率的提 高， 集 肤效应使 穿过导线的 穿透 深度不 同， 导致 电阻 增大， 电感 减 小 ， 所以 不能 像普 通焊 接变 压 器那样 使用 截面 积大 的导 线， 必须 选定 多股 漆包 线 、 带 状或 绞合导线 绕制线 圈。 设计 四个系列的 高频 变压器的方案 是： 根 据具体 的焊接 电流 大小 、 允许温 升的条件下选 择相应 的环形磁 心和多股 漆包线 ， 使焊机 总的结构 紧凑合理 牢靠。 ㈣输入输 出电路 （ １ ） 输入 整流 滤波 电路 采用 三 相式 直流 模块 ， 由于 输入 电压 较 高 ， 选 用 直 流 模 块 耐 压
㈤Ｐ ＷＭ控 制
箱壳 设计
逆变 电源 中采用Ｐ Ｗ Ｍ（ ｐ ｕ ｌ ｓ ｅ ｗｉ ｄ ｔ ｈ ｍｏ ｄ ｉ ｆ ｙ ） 控制 ， 即脉冲宽度控
冲裁
制 方式 一 定 频率 调脉 宽， 其 控 制方 式是 ： 在 频率 不 变的条 件下， 调节脉 冲 宽度来调节逆变器的输 出能量 。 采 用Ｐ ｗ Ｍ集成 芯片代替 分立 元件 ， 减 少了元 器件 数个联结 点 ， 提 高 了电路的可靠性 。 四个系列都采用Ｓ Ｇ ３ ５ ２ ５ 集 成芯片作Ｐ ＷＭ控 制。
（ ３ ） 输 出整流滤波电路 采 用快恢 复二极管 完成 输 出整 流， 采用 电感 Ｌ 作为滤 波 器， 以保证
外购件采购
一 检钡 ９
整 机 设 计
电路设计
羹 馨 珈工一
一 总装、检验
英飞凌芯片简史-IGBT看这一篇就够了
IGBT 1234567，看这一篇就够了话说公元2018年，IGBT江湖惊现第六代和第七代的掌门人，一时风头无两，各路吃瓜群众纷纷猜测二位英雄的出身来历。
不禁有好事者梳理了一下英家这些年，独领风骚的数代当家掌门人，分别是：呃，好像分不清这都谁是谁?呃，虽然这些IGBT“掌门人”表面看起来都一样，但都是闷骚型的。
只能脱了衣服，做个“芯”脏手术。
像这样，在芯片上，横着切一刀看看。
好像，有点不一样了。
故事，就从这儿说起吧。
史前时代-PTPT是最初代的IGBT，它使用重掺杂的P+衬底作为起始层，在此之上依次生长N+ buffer，N- base外延，最后在外延层表面形成元胞结构。
它因为截止时电场贯穿整个N-base区而得名。
它工艺复杂，成本高，而且需要载流子寿命控制，饱和压降呈负温度系数，不利于并联，虽然在上世纪80年代一度呼风唤雨，但在80年代后期逐渐被NPT取代，目前已归隐江湖，不问世事，英飞凌目前所有的IGBT 产品均不使用PT技术。
初代盟主——IGBT2特征：平面栅，非穿通结构(NPT)NPT-IGBT于1987年出山，很快在90年代成为江湖霸主。
NPT与PT不同在于，它使用低掺杂的N-衬底作为起始层，先在N-漂移区的正面做成MOS结构，然后用研磨减薄工艺从背面减薄到 IGBT 电压规格需要的厚度，再从背面用离子注入工艺形成P+ collector。
在截止时电场没有贯穿N-漂移区，因此称为“非穿通”型IGBT。
NPT不需要载流子寿命控制，但它的缺点在于，如果需要更高的电压阻断能力，势必需要电阻率更高且更厚的N-漂移层，这意味着饱和导通电压Vce(sat)也会随之上升，从而大幅增加器件的损耗与温升。
技能：低饱和压降，正温度系数，125℃工作结温，高鲁棒性因为N-漂移区厚度大大降低了，因此Vce(sat)相比PT大大减少。
正温度系数，利于并联。
名号：DLC，KF2C，S4…等等，好像混进了什么奇怪的东西！没写错！S4真的不是IGBT4，它是根正苗红的IGBT2，适用于高频开关应用，硬开关工作频率可达40kHz。
英飞凌IGBT 技术和产品概述及其应用领域
英飞凌IGBT 技术和产品概述及其应用领域IGBT芯片技术及其发展：功率半导体在整个电能供应链中扮演重要角色。
如何提高功率密度是功率器件发展的主题：芯片技术和功率密度：芯片技术的发展趋势——以600/650V 为例600V IGBT 新的里程碑——HighSpeed3：器件型号芯片技术Ic [A]@100°C 大小[mm2]SPW47N60C3 CoolmosTM C3 30 69.3 IKW30T60 TRENCHSTOPTM 30 15.2 IGW40N60H3 High Speed 3 40 19.3HighSpeed3 特性芯片面积只有CoolMOS的28%功率密度高芯片和模块成本低在高温在拖尾电流也很小关断特性接近于CoolMOS，Eoff是IGBT3的40%,是CoolMOS的120%平滑的开关波形，振荡很有限TRENCHSTOP™5 - 25°C Trade-off 曲线Vce(sat) 对Eoff：与英飞凌的Best-in-class Highspeed3 比, TRENCHSTOPTM5 : >60% 低的开关损耗10% 低的导通损耗TRENCHSTOP™5开关特性–接近MOSFET的开关特性，消除拖尾电流。
TRENCHSTOP™5 –应用目标，填补IGBT与MOSFET之间的中到高频开关应用650V TRENCHSTOP™5，产品家族。
F5：超高性能版本需要超低寄生电感设计开关频率：~120kHzH5：逆导型IGBT用于软开关，如准谐振感应加热R5：逆导型IGBT用于软开关，如准谐振感应加热L5：低饱和压降目标：Vcesat =1V @ Inom, 25°C600V/650V 芯片技术的发展：发展背景：•600V 主要应用220V 马达驱动,电源，以小功率为主。
•电动汽车，太阳能等新兴应用功率大，追求高效率，对芯片技术有新的要求IGBT2---IGBT3di/dt 降低25%.过电压减小25%更短的拖尾电流关断损耗在同一水平短路时间6us600V---650Vdi/dt 进一步降低关断损耗增加短路时间10us耐压增加50V电压余量增加180V芯片技术的发展趋势——IGBT4 回顾：芯片技术的发展趋势——IGBT4 回顾：IGBT4 P4 的软特性：2400A-模块的关断特性at Tvj=25°C , Ic= 0,5 Inom (Rg=0,3Ohm,没有有源嵌位) IGBT 3 E3 在测试条件下, 300V 直流电压下就开始振荡。
英飞凌各代IGBT模块技术详解
英飞凌各代IGBT模块技术详解IGBT 是绝缘门极双极型晶体管（Isolated Gate Bipolar Transistor）的英文缩写。
它是八十年代末，九十年代初迅速发展起来的新型复合器件。
由于它将 MOSFET 和 GTR 的优点集于一身，既有输入阻抗高，速度快，热稳定性好，电压驱动（MOSFET 的优点，克服 GTR 缺点）；又具有通态压降低，可以向高电压、大电流方向发展（GTR 的优点，克服 MOSFET 的缺点）等综合优点，因此 IGBT 发展很快，在开关频率大于 1KHz，功率大于 5KW 的应用场合具有优势。
随着以 MOSFET、IGBT 为代表的电压控制型器件的出现，电力电子技术便从低频迅速迈入了高频电力电子阶段，并使电力电子技术发展得更加丰富，同时为高效节能、省材、新能源、自动化及智能化提供了新的机遇。
英飞凌／EUPEC IGBT 芯片发展经历了三代，下面将具体介绍。
一、IGBT1－平面栅穿通（PT）型 IGBT （1988 1995）西门子第一代 IGBT 芯片也是采用平面栅、PT 型 IGBT 工艺，这是最初的 IGBT 概念原型产品。
生产时间是 1990 年－ 1995 年。
西门子第一代 IGBT 以后缀为“DN1” 来区分。
如 BSM150GB120DN1。
图 1.1 PT-IGBT 结构图PT 型 IGBT 是在厚度约为 300－500μm 的硅衬底上外延生长有源层，在外延层上制作IGBT 元胞。
PT-IGBT 具有类 GTR 特性，在向 1200V 以上高压方向发展时，遇到了高阻、厚外延难度大、成本高、可靠性较低的障碍。
因此，PT-IGBT 适合生产低压器件，600V 系列 IGBT 有优势。
二、IGBT2－第二代平面栅 NPT-IGBT西门子公司经过了潜心研究，于 1989 年在 IEEE 功率电子专家会议（PESC）上率先提出了 NPT－IGBT 概念。
由于随着 IGBT 耐压的提高，如电压VCE≥1200V，要求 IGBT 承受耐压的基区厚度dB>100μm，在硅衬底上外延生长高阻厚外延的做法，不仅成本高，而且外延层的掺杂浓度和外延层的均匀性都难以保证。
英飞凌第四代IGBT模块特性
英飞凌第四代IGBT模块特性英飞凌第4代IGBT芯片技术-IGBT4 IGBT4模块封装IGBT4：基于IGBT3技术IGBT4：基于IGBT3技术，按应用优化特性分别针对小、中、大功率应用而设计的三种IGBT4芯片小功率IGBT4–T4为中、小功率应用设计用于中、小功率模块在T3的基础上- 提升开关速度- 使关断波形更平滑一些电压等级：1200V适用开关频率：≤20kHz配用小功率EmCon4二极管中功率IGBT4–E4为中、大功率应用优化设用于中、大功率模块在E3的基础上- 提升开关速度- 使关断波形更平滑一些电压等级：1200V，1700V适用开关频率：≤8kHz配用中功率EmCon4二极管大功率IGBT4–P4为大功率应用优化设计用于大功率模块在E3的基础上- 使关断过程“软”- 降低关断速度电压等级：1200V，1700V适用开关频率：≤3kHz配用大功率EmCon4二极管IGBT4（1200V）：特征参数的调整：饱和电压T4-小功率IGBT4：开关能耗低于T3 （提高了开关速度）E4-中功率IGBT4：开关能耗低于E3 （提高了开关速度）P4-大功率IGBT4：开关能耗高于E3 （降低了关断速度，使关断“柔软”）关断过程对比：T4的波形比T3的平滑一些测试条件：Ls=200nH（极大），Ic=150A（Ic,nom=300A），Vdc=400V/450V/500V，Tj=25°CIGBT4（1200V）：中功率E4关断过程对比：E4的波形比E3平滑一些测试条件：Ic=Ic,nom=450A，Vdc=800V/900V（仅供测试），Tj=25°CIGBT4（1200V）：大功率P4关断过程对比：P4（及EmCon4）呈现明显的“软”特性IGBT4（1700V）：大功率P4关断过程：对比IGBT3（E3），P4呈现明显的“软”特性关断过程：对比IGBT2（KF6C），P4呈现较“软”特性，且关断能耗较小IGBT4模块：Tvjop,max = 150°C！概念：在开关工作条件下，IGBT4模块的最高允许结温规格为 150°C，比IGBT3/IGBT2模块（1200V和1700V）的规格提高了25°C！出发点：适应芯片小型化（Rthjc，ΔTjc[=PLoss×Rthjc]）实现：IGBT4模块内部焊线工艺的改进可靠性因素：焊线工艺决定了模块的可靠性指标之一-功率循环（PC）次数。
英飞凌-IGBT模块在焊机应用中的选型
输出功率 结温（Tj）
芯片-外壳温 差∆Tjc
外壳-散热 器热阻 Rthch
散热器(-环境) 热阻Rthha
基板
散热器
壳温（Tc）
外壳-散热器温差∆Tch
散热器温度（Th）
散热器-环境温差 ∆Tha
10.02.2010
Copyright © Infineon Technologies 2010. All rights reserved.
Q1
Q3
Q1 t
Q4
Q2
I1
I2
ip
Q4 t
vAB
Vin
0
t
Vin
损耗特点：
vrect 0
Vin/K
t0 t1 t2 t3 t4 t5
t6 t7 t8 t9 t10 t11
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
t
t12 t13
10.02.2010
环境温度 （Ta）
Page 17
IGBT模块热计算
IGBT模块各个部分的温差∆T取决于 1）损耗（芯片技术、运行条件、驱动条件）； 2）热阻（模块规格、尺寸） 模块芯片的结温是各部分的温差和环境温度之和： Tj = ∆Tjc + ∆Tch + ∆Tha + Ta 如果假设壳温Tc恒定，则Tj = ∆Tjc + Tc； 如果假设散热器温度Th恒定，则Tj = ∆Tjh + Th。 IGBT的平均结温取决于平均损耗、Rthjc和壳温Tc。 在实际运行时，IGBT的结温是波动的，其波动幅度取决于瞬态损耗和 Zthjc， 而Zthjc又和运行条件（如变频器输出频率）有关。 IGBT的峰值结温为平均结温+波动幅值。
英飞凌各代IGBT模块技术详解
英飞凌各代IGBT模块技术详解IGBT 是绝缘门极双极型晶体管（Isolated Gate Bipolar Transistor）的英文缩写。
它是八十年代末，九十年代初迅速发展起来的新型复合器件。
由于它将 MOSFET 和 GTR 的优点集于一身，既有输入阻抗高，速度快，热稳定性好，电压驱动（MOSFET 的优点，克服 GTR 缺点）；又具有通态压降低，可以向高电压、大电流方向发展（GTR 的优点，克服 MOSFET 的缺点）等综合优点，因此 IGBT 发展很快，在开关频率大于 1KHz，功率大于 5KW 的应用场合具有优势。
随着以 MOSFET、IGBT 为代表的电压控制型器件的出现，电力电子技术便从低频迅速迈入了高频电力电子阶段，并使电力电子技术发展得更加丰富，同时为高效节能、省材、新能源、自动化及智能化提供了新的机遇。
英飞凌／EUPEC IGBT 芯片发展经历了三代，下面将具体介绍。
一、IGBT1－平面栅穿通（PT）型 IGBT （1988 1995）西门子第一代 IGBT 芯片也是采用平面栅、PT 型 IGBT 工艺，这是最初的 IGBT 概念原型产品。
生产时间是 1990 年－ 1995 年。
西门子第一代 IGBT 以后缀为“DN1” 来区分。
如 BSM150GB120DN1。
图 1.1 PT-IGBT 结构图PT 型 IGBT 是在厚度约为 300－500μm 的硅衬底上外延生长有源层，在外延层上制作IGBT 元胞。
PT-IGBT 具有类 GTR 特性，在向 1200V 以上高压方向发展时，遇到了高阻、厚外延难度大、成本高、可靠性较低的障碍。
因此，PT-IGBT 适合生产低压器件，600V系列 IGBT 有优势。
二、IGBT2－第二代平面栅 NPT-IGBT西门子公司经过了潜心研究，于 1989 年在 IEEE 功率电子专家会议（PESC）上率先提出了 NPT－IGBT 概念。
由于随着 IGBT 耐压的提高，如电压VCE≥1200V，要求 IGBT 承受耐压的基区厚度dB>100μm，在硅衬底上外延生长高阻厚外延的做法，不仅成本高，而且外延层的掺杂浓度和外延层的均匀性都难以保证。
软开关IGBT逆变焊机的原理
软开关IGBT逆变焊机的原理李敬之【摘要】以IGBT模块作为逆变焊机的开关器件,软开关全桥逆变电路进行20kHz 的逆变控制,在电网网压大幅度波动时焊机能可靠、稳定的工作,能够适应施工现场焊机二次接线长的情况.【期刊名称】《黑龙江科技信息》【年(卷),期】2010(000)024【总页数】1页(P53)【关键词】逆变焊机;IGBI;软开关【作者】李敬之【作者单位】黑龙江省火电第三工程公司,黑龙江,哈尔滨,150016【正文语种】中文IGBT逆变焊机是现在国内应用最广、技术比较成熟的产品，在施工现场电网网压波动幅度大、工作环境差的情况下具有很好的稳定性、可靠性、适应性。
相对于硬开关的IGBT逆变焊机，其大幅度降低了开关器件在开关过程中的损耗，减少电磁干扰，提高了焊机的效率和运行的可靠性。
图1为ZX7-400STG（IGBT）逆变焊机的基本的工作原理框图。
50/60Hz三相380V交流电经三相整流模块整流，变为直流电，在经由IGBT作为开关器件的逆变器将其变换成20Hz左右的高频交流电，高频变压器降压后整流、滤波，获得适合于焊接使用的直流电源。
通过这个过程，提高了焊机的动态响应，减少了变压器、电抗器的体积和重量，并实现了整机闭环控制，使焊机具有良好的抗电网波动能力。
输入电路由空气开关、抗干扰电感、电容、三相整流模块、高压电容滤波、电阻组成。
如图2所示。
IGBT软开关全桥逆变电路与硬开关逆变电路的差别在于高频变压器的原边串联了隔直电容和饱和电感，减少了附加环路能量和有效占空比的损失，在保证效率的基础上扩展了零电压切换的负载范围。
如图3所示。
IGBT软开关逆变电路工作过程的波形如图4所示。
工作过程：[t0,t1]期间，领先臂N1和延迟臂N4导通，Vab=Vs，电感Ls处于饱和状态，电容Cb上的电压线性增长，变压器向负载传输功率；[t1,t2]期间，N1关断，N4继续导通，当N1的旁路电容C5充电至Vs后，领先臂N2上反向并联的二极管导通，此时N2零电压开通；[t2,t3]期间，N2和N4导通，电路处在续流阶段，Vab=0，Ls依然处在饱和状态，变压器漏感的能量传输给电容Cb，变压器原边电流Ip线性下降至0，于是Ls退出饱和；[t3,t4]期间，N2和N4继续导通，Vab=0，电容Cb将其较低的电压反向加于Ls，Ls未饱和时的电感值颇大，变压器原边电流近似于零，Cb上的电压保持不变；[t4,t5]期间，N4关断，N2导通，此时Vab=0。
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图 5 DN2、KS4、T4 芯片参数特性分布
T4 芯片是英飞凌第四代 IGBT 芯片，它是针对 中小功率高频应用场合而优化的。相对于其他芯片， 它具有极低的饱和压降，开关损耗也相对较小，开 关速度也比较快，适合高频软开关应用，在软开关 逆变焊机 20 kHz 开关频率下具有最小的总损耗。 另外它最高允许工作结温达到 150 ℃，比 DN2 和 KS4 提高了 25 ℃，可以大幅提高温度安全裕量，是目前 最适合软开关逆变焊机应用的 IGBT 芯片，可在软
1 逆变焊机逆变技术
术
种“革命化”的焊机在国内外受到了焊接行业各方
面的高度重视。在国际上逆变焊机已成为焊接设备
在功率器件发展领域，IGBT 以其优越的性价
的主流产品之一，而国内对它的研究、生产和推广
比，在中大功率的应用场合已普遍使用。除了少数
应用也迅猛发展，近几年逆变焊机的产量年增长率
便携式小功率逆变焊机外，目前绝大多数逆变焊机
芯片的封装模块
逆变焊机的污染等级比较高，目前用于逆变焊 机的采用 KS4 和 T4 芯片的封装模块只有 Econo
DUAL2 和 62 mm 两种，如图 6 所示。
62 mm 封装主要用于大功率焊机，其特点是：
专 题
壳到结的热阻 RthJC 比较小，散热较好。EconoDUAL2
讨
封装主要用于中小功率焊机，其特点是：寄生电感
一定程度上实现了软开关，相对于硬开关方式减
小了开关损耗。
1．3 全桥零电压零电流脉宽调制(FB-ZVZCS
-PWM)
针对 FB－ZVS－PWM 存在的问题，各种 FB－ZVZCS
－PWM 软开关的方案应运而生。目前在逆变焊机中
·78· Electric Welding Machine
图 2 FB－ZVS－PWM 拓扑
目前软开关技术已逐渐运用于逆变焊机中，并 逐渐成为市场主流和未来逆变焊机的发展方向，因 此寻找一款适合软开关 IGBT 开关特性的低饱和压 降的 IGBT 芯片显得尤为迫切。
2 IGBT 芯片的发展
英飞凌 IGBT 芯片发展如图 4 所示。英飞凌公司 是最先采用 NPT(非穿通)技术的半导体生产厂商， 这种 NPT 技术能明显降低 IGBT 的关断损耗，并且 使 IGBT 具有正温度系数特性，更适合于并联。在逆 变焊机中广泛应用的 DN2 芯片和 KS4 芯片就属于 这种第二代芯片。
迅速增长，IGBT 芯片制造厂商开始重视这些高频
-PWM)
应用领域，并根据这些高频应用的特点专门开发了
FB－Hard－switching－PWM 电路拓扑如图 1 所
一些 IGBT 芯ching－PWM 控制使功率开关器件
收 稿 日 期 ：2009－01－10 作 者 简 介：温永平(1981—)，男，江苏扬州人，硕士，主要从事
文献标识码：B
文章编号：10 01－2303(2009)02－0077－05
专
Infineon 4th generation IGBT—T4's application in soft-switching inverter welding machine
题
WEN Yong-ping，ZHOU Yi-zheng
字
Key words：IGBT；T4；soft-switching；inverter welding machine
化 焊
接
0 前言
开关特性开发的 T4 芯片就是一款适合于高频软开 电
逆变焊机具有电气性能和焊接工艺性能优良、 关应用的 IGBT 芯片。
源 技
节能节材、体积小、质量轻等一系列优点，因此这
讨
(Infineon Technologies China Co．， Ltd．，Shanghai 201203，China)
论 ︱
Abstract：Inverter welding machines are more and more widely used in different kinds of welding area because of their own
在高电压下开通，大电流时关断，是一种强迫开关 过程，即所谓的硬开关，主要存在以下缺点：
IGBT 应用及高频开关电源的研究。
(1)功率器件在开通和关断过程中，产生较大开
Electric Welding Machine ·77·
专题讨论
第 39 卷
图 1 FB－Hard－switching－PWM 拓扑
从图中可以看出，第四代 IGBT(T4)芯片明显比第 二代 IGBT(DN2，KS4)更靠近原点，这主要得益于芯
化 焊 接
片结构、芯片技术的改进。
电
芯片的沟槽栅场终止结构进行进一步优化，使芯
源
片在开关损耗和软特性上得到进一步优化。另外
技 术
它的最高允许工作结温达到了 150 ℃，较前几代
的 IGBT 提高了 25 ℃，这使得模块的功率密度可以
做得更高。
众所周知，功率半导体的总损耗主要由通态
损耗和开关损耗组成，但是 IGBT 芯片的饱和压 降和关断损耗始终存在着相互矛盾的关系，一般 IGBT 芯片制造商根据不同的应用场合对这两个参 数进行优化，如针对低频应用场合开关损耗占的 比重小的特点，开发出低饱和压降高关断损耗的 IGBT 芯片；如根据高频应用场合开关损耗占的比 重大的特点，开发出低关断损耗高饱和压降的 IGBT 芯片。
论
较小，便于紧凑化设计，但壳到结的热阻 RthJC 相对
b EconoDUAL2 封装
︱ 较大。 ︱
逆 变
4 KS4 及 T4 芯片在焊机中的开关特性
图 6 62 mm 和 EconoDUAL2 封装
对比如图 7 所示，由图可知，T4 芯片开通速度快， 电流 Ic 很快上升，所以 T4 开通损耗略小。
电感 Lf 与谐振电感 Lr 串联，一次电流类似于一个 恒电流源，因此超前臂很容易实现零电压开通，即
Eon＝0 ； 而 滞 后 臂 实 现 零 电 压 开 通 只 能 依 赖 谐 振 电感 Lr，故特别是在轻载和空载状态下较难实 现零电压开通，而且 FB－ZVS－PWM 还存在变压器
二次侧占空比丢失等问题。但是由于这种控制在
变
轴代表的是芯片的开关损耗，而横轴是芯片饱和压
与
集电极的 P 层上集成了一层较高浓度掺杂的 n 层， 降，体现了芯片的通态损耗。理想的功率器件就是 数
由于这层 n 层，使得器件在承受相同耐压的情况 下，芯片能做得更薄，从而减小了饱和压降和开关 能耗。
第四代 IGBT 芯片技术是基于第三代 IGBT
要求达到零开关损耗和通态损耗，即图中的原点。 字
化 制方式仍然被广泛应用。由于功率器件开关损耗比
焊
较大，这种控制方式在一定程度上制约了逆变焊机
接 电
的高频化。
源 1．2 全桥零电压脉宽调制(FB－ZVS－PWM)
技
FB －ZVS －PWM 电 路 拓 朴 如 图 2 所 示 。 FB －
术
ZVS－PWM 变换器超前臂和滞后臂实现零电压开
通的机理是不同的。超前臂换相过程中，输出滤波
与
high switching speed．Infineon's newly developed IGBT4—T4 can satisfy this need very well，T4 chip and its application in soft-
数
switching inverter welding machine will be introduced in this paper．
第三代 IGBT 芯片技术——Trench Fieldstop (沟槽栅＋场终止)技术是两种技术的总称：沟槽栅技 术是指采用垂直沟道的门极结构，这种结构可以
专题讨论
温永平等：英飞凌第四代 IGBT— ——T4 在软开关逆变焊机中的应用
第2期
专
题
讨
论
︱ ︱
图 4 IGBT 芯片发展
逆
大大减小 IGBT 的饱和压降；场终止技术是指在
芯片的饱和压降和开关损耗分布如图 5 所示。纵
开关逆变焊机中应用的采用 T4 芯片的 IGBT 模块
Electric Welding Machine ·79·
专题讨论
第 39 卷
型号有 FF100R12MT4，FF150R12MT4，FF200R12MT4，
FF200R12KT4 和 FF300R12KT4 等。 DN2 芯片是在逆变焊机中使用比较广泛的一
都在 50％以上，已引起了逆变焊机关联产业的高度
都使用 IGBT 模块，主电路拓扑主要为全桥硬开关
重视。
脉宽调制、全桥零电压脉宽调制和全桥零电压零电
对逆变焊机可靠性影响最大的就是功率半导
流脉宽调制三种。
体器件(如 IGBT)，由于逆变焊机等高频应用产品的
1．1 全桥硬开关脉宽调制(FB-Hard-Switching
讨 穿，一般电路中需要加很大的 RC 吸收电路。
论
(3)由于吸收电容的使用，当开关管突然开通
︱ ︱
时，这些能量将瞬间全部耗散在开关器件内，从而
逆 增加开关器件的开通损耗，而且 du／dt 很大，将产生
变 严重的开关噪声，影响开关器件驱动电路，使电路
与 数
工作不稳定。
字
但是由于其控制简单，电路成熟，目前这种控
研究并已产品化的 FB－ZVZCS－PWM 拓扑主要为 变压器一次侧串饱和电感和阻断电容的 FB－ZVZCS－ PWM 拓扑，如图 3 所示。超前桥臂实现零电压开 关(Eon 和 Eoff 接近于零)，滞后桥臂实现零电流关断 (Eoff＝0)。