технология igbt в сварочном инверторе что это такое

технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Смотреть фото технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Смотреть картинку технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Картинка про технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Фото технология igbt в сварочном инверторе что это такое

Не нужно на 100% разбираться в премудростях электротехники, чтобы высказать мнение по теме. Заголовок «MOSFET или IGBT?» напоминает старое соревнование форматов: VHS или DVD? Кто же победит? И пусть скажут, сравнение не корректное. Но, DVD формат великолепный, качество звука и изображения замечательные, а мы все так привыкли к старому доброму VHS…

Для тех, кто не понимает о чем идет речь, поясним. На сегодняшний день существует две технологии изготовления сварочных инверторов,

Возникает закономерный вопрос: что же выбрать старое, проверенное временем, или относительно новое, но более технологичное?

Попробуем привести пару доводов и, как говорится, ближе к «телу»…

Что не говори, а IGBT занимают меньший объем и при этом позволяют получить более высокую силу тока на выходе, они меньше нагреваются. Разве это не аргумент в пользу IGBT? Возражения же заключаются в том, что схемы IGBT покамест не идеально продуманы и т.д., разработчикам не было времени на это и они звучат «натянуто».

Конечно, если покупать инвертор для бытовой сварки, то не так уж важно, какие у него транзисторы внутри. Вообще не важно, что внутри. Главное, чтобы электрод поджигался нормально, дуга не прыгала туда-сюда, чтобы электрод не залипал. Так же, желательно, чтобы инвертор работал при пониженном напряжении в сети, не боялся забросов напряжения, чтобы желтая лампа перегрева редко зажигалась.

Если речь идет о небольших объемах бытовых работ, то практически любой инвертор в этом станет вашим надежным другом и товарищем, та же Ресанта или Сварог, или Фубаг, или отечественный Форсаж и т.д. и т.п.

Но что, если нужен профессиональный аппарат, когда варить придется целый день. Наше мнение, здесь лучше IGBT. Почему? Возьмем для примера сварочный аппарат РICO 180— это же прелесть, а не сварочник! Приведем в качестве примера его систему охлаждения. Она интеллектуальная и включается только тогда, когда транзисторы нагреваются. А в РICO даже после 15 и более минут сварки на небольших токах вентилятор не шелохнется. Это значит, что схемы холодные, корпус аппарата холодный. И все это IGBT, они греются менее интенсивно, чем MOSFET и на более высоких токах. Ну и что мне с этого, скажете Вы? Очень просто. Чем меньше работает вентилятор, тем лучше! Особенно если Вы работаете в запыленных помещениях. Основной враг инвертора — это пыль. Она является основной причиной досрочного выхода инверторов из строя. Соответственно, чем меньше пыли затягивается в сварочный аппарат, тем лучше! А это значит, чем дольше не включаются кулеры, тем лучше! Получить это можно только с IGBT.

Несомненный плюс так же состоит в том, что достигается высокая мощность при еще более малом весе. Каждый грамм играет роль, если приходится целый день носить инвертор на плече.

Минус в свое время был в дороговизне ремонта IGBT и невозможности подчас найти запчасти. Но время идет, техника совершенствуется, а то, что было раньше дорогим и недоступным, становится обыденным и легкозаменяемым! Так что наше мнение, будущее за новыми технологиями. А Вы как думаете? Стоит с этим согласиться?

Сегодня уже ни для кого не секрет кто выиграл в битве «VHS или DVD».

Источник

MOSFET или IGBT?

технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Смотреть фото технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Смотреть картинку технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Картинка про технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Фото технология igbt в сварочном инверторе что это такое

Сначала рассмотрим различия в целом. В настоящий момент все производители инверторов (ММА) выпускаются по двум полупроводниковым технологиям IGBT и MOSFET. Не буду вдаваться в подробности, скажу только то, что в схемотехнике этих аппаратов используются разные полупроводниковые транзисторы IGBT и MOSFET. Основое различие между этими транзисторами — различный ток коммутации. Большим током обладают транзисторы IGBT.

Для изготовления стандартного инвертора понадобится 2–4 IGBT транзистора (в зависимости от рабочего цикла), a MOSFET — 10–12, т. к. они не могут пропускать через себя большие токи, поэтому их приходится делить на такое большое количество транзисторов. Вот собственно в чем и отличие.

Тонкость в том, что транзисторы очень сильно греются и их необходимо установить на мощные алюминиевые радиаторы. Чем больше радиатор, тем больше съем тепла с него, а, следовательно, его охлаждающая способность. Чем больше транзисторов, тем больше радиаторов охлаждения необходимо установить, следовательно, увеличиваются габариты, вес и т. д. MOSFET здесь однозначно проигрывает.

На практике схемотехника MOSFET не позволяет создать аппарат на одной плате: т.е аппараты, которые сейчас есть в продаже, собраны в основном на трех платах. IGBT аппараты всегда идут на одной плате.

Основные недостатки MOSFET

Проще говоря, IGBT более современная технология, чем MOSFET.

технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Смотреть фото технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Смотреть картинку технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Картинка про технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Фото технология igbt в сварочном инверторе что это такое

Недостатки MOSFET

технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Смотреть фото технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Смотреть картинку технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Картинка про технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Фото технология igbt в сварочном инверторе что это такое

Что лучше MOSFET или IGBT?

Некоторые компании идут в ногу со временем и при производстве сварочных инверторов используют IGBT транзисторы американской фирмы «Fairchaild», частота переключения которых составляет 50 кГц, т. е. 50000 раз в секунду. IGBT технологию выбрали неспроста, ведь рабочий диапазон температур у них с сохранением параметров гораздо больше, чем у MOSFET, т. е. при нагреве у MOSFETa падают качественные характеристики.

В конструкции САИ (Ресанта) используется одна маленькая плата, которая устанавливается вертикально, а также 4 IGBT транзистора (работают обособленно друг от друга, т. е. не выгорают все, если выгорел один как у MOSFET) и 6 диодов-выпрямителей (а не 12 как у MOSFET), соответственно отказоустойчивость ниже. Это ещё один «плюс» IGBT.

Можно напомнить покупателю о том, что в современных сварочных инверторов используется только 4 обособленных транзистора, а не 12 каскаднозависимых как у MOSFET. Всякое в жизни бывает, но, чтобы не произошло в случае выхода из строя одного транзистора (если не гарантийный случай), замена покупателю обойдется где-то в районе 400 р., а не 12×110 р. = 1320 р. Думаю, что разница приличная.

Как отличить: Визуально аппараты IGBT в большинстве своём отличаются от MOSFET вертикальным расположением силовых разъёмов, т. к. плата одна и обычно устанавливается вертикально. У MOSFET аппаратов выходы обычно расположены горизонтально, т. к. платы в конструкции горизонтально закреплены. Нельзя точно утверждать, что это верно на 100%. Точнее можно сказать, сняв кожух с аппарата.

Многие компании пытаются «выиграть баллы» на транзисторах. Так, например, компания «Aiken» в настоящий момент выпустила на рынок аппараты (по технологии MOSFET) с наклейками на боковых панелях «Используются транзисторы TOSHIBA» а также «Используются транзисторы Mitsubishi». Пытаются выползти на громких и знакомых брендах. На практике это не подтвердилось. Так на крупнейшей Международной инструментальной выставке России Moscow International Tool Expo (MITEX-2011), которая проходила в ноябре 2011г. в «Экспоцентре» (г. Москва), я попросил представителей стенда данной компании разобрать их САИ с наклейкой «Используются транзисторы Mitsubishi» и продемонстрировать данные транзисторы. В итоге сварочные инверторы разобрали, но данных транзисторов не обнаружили. Сами сотрудники компании «Aiken» были в шоке, обнаружив безымянные транзисторы.

Источник

Применение igbt транзисторов в инверторе

Применение высоковольтных мощных полупроводников позволило создавать компактные производительные сварочные инверторы. Последним словом в этой области после MOSFET инверторов стали сварочные аппараты на IGBT транзисторах.

Полевые полупроводники

Используемые в инверторах полупроводники по MOSFET технологии – это полевые силовые транзисторы с изолированным затвором. Управление полупроводником осуществляется напряжением, в отличие от биполярных транзисторов, управляемых током. Канал ключа имеет высокую проводимость 1 мОм. В закрытом виде у них огромное входное сопротивление.

технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Смотреть фото технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Смотреть картинку технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Картинка про технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Фото технология igbt в сварочном инверторе что это такое

Изначально полевые полупроводники использовались и до сих пор применяются как ключи. В схемах импульсных источников питания применяются полевики с индуцированным затвором. В таком исполнении при нулевом напряжении на затвор-исток канал закрыт.

Для открытия ключа требуется подать потенциал определенной полярности. Для управления ключом не требуется силовых источников. Данные полупроводники часто используются в источниках питания и инверторах.

Биполярный прибор

IGBT – это биполярный транзистор с изолированным затвором, применяемый в инверторе. Фактически он состоит из двух транзисторов на одной подложке. Биполярный прибор образует силовой канал, а полевой является каналом управления.

технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Смотреть фото технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Смотреть картинку технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Картинка про технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Фото технология igbt в сварочном инверторе что это такоеСоединение полупроводников двух видов позволяет совместить в одном устройстве преимущества полевых и биполярных приборов. Комбинированный прибор может, как биполярный, работать с высокими потенциалами, проводимость канала обратно пропорциональна току, а не его квадрату, как в полевом транзисторе.

При этом IGBT транзистор имеет экономичное управление полевого прибора. Силовые электроды называются, как в биполярном, а управляющий получил название затвора, как в МОП приборе.

IGBT транзисторы для сварочных инверторов и силовых приводов, где приходится работать при высоких напряжениях, стали использовать, как только отладили технологию их производства. Они сократили габариты, увеличили производительность и мощность инверторов. Иногда они заменяют даже тиристоры.

В IGBT инверторе для обеспечения работы мощных переключателей применяются драйверы – микросхемы, усиливающие управляющий сигнал и ускоряющие быструю зарядку затвора.

Некоторые модели IGBT транзисторов работают с напряжением от 100 В до 10 кВ и токами от 20 до 1200 А. Поэтому их больше применяют в силовых электроприводах, сварочных аппаратах.

Полевые транзисторы больше применяют в импульсных источниках и однофазных сварочных инверторах. При токовых параметрах 400-500 В и 30-40 А они имеют лучшие рабочие характеристики. Но так как IGBT приборы могут применяться в более тяжелых условиях, их все чаще применяют в сварочных инверторах.

Применение в сварке

технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Смотреть фото технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Смотреть картинку технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Картинка про технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Фото технология igbt в сварочном инверторе что это такоеПростой сварочный инвертор представляет собой импульсный источник питания. В однофазном инверторном источнике питания переменный ток напряжением 220 В и частотой 50 или 60 Гц выпрямляется с помощью мощных диодов, схема включения мостовая.

Затем инвертор преобразует постоянное напряжение в переменное, но уже высокой частоты (от 30 кГц до 120 кГц). Проходя через понижающий высокочастотный трансформатор (преобразователь), напряжение понижается до нескольких десятков вольт. Потом этот ток преобразуется обратно в постоянный.

Все преобразования необходимы для уменьшения габаритов сварочного аппарата. Традиционная схема сварочного инвертора получалась надежной, но имела очень большие габариты и вес. Кроме этого, характеристики сварочного тока с традиционным источником питания были значительно хуже, чем у инвертора.

Передача электроэнергии на высокой частоте позволяет использовать малогабаритные трансформаторы. Для получения высокой частоты постоянный ток преобразуется с помощью высоковольтных, мощных силовых транзисторов в переменный частотой 50-80 кГц.

Для работы мощных транзисторов напряжение 220 В выпрямляется, проходя через мостовую схему и фильтр из конденсаторов, который уменьшает пульсации. На управляющий электрод полупроводника подается переменный сигнал с генератора прямоугольных импульсов, который открывает/закрывает электронные ключи.

Выходы силовых транзисторов подключаются к первичной обмотке понижающего трансформатора. Благодаря тому, что они работают на большой частоте, их габариты уменьшаются в несколько раз.

Силовой инверторный блок

технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Смотреть фото технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Смотреть картинку технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Картинка про технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Фото технология igbt в сварочном инверторе что это такоеПеременное напряжение 220 В – это некоторое усредненное значение, которое показывает, что оно имеет такую же энергию, как и постоянный ток в 220 В. Фактически амплитуда равна 310 В. Из-за этого в фильтрах используются емкости на 400 В.

Мостовая выпрямительная сборка монтируется на радиатор. Требуется охлаждение диодов, поскольку через них протекают большие токи. Для защиты диодов от перегрева на радиаторе имеется предохранитель, при достижении критической температуры он отключает мост от сети.

В качестве фильтра используются электролитические конденсаторы, емкостью от 470 мкФ и рабочим напряжением 400 В. После фильтра напряжение поступает на инвертор.

Во время переключения ключей происходят броски импульсного тока вызывающие высокочастотные помехи. Чтобы они не проникали в сеть и не портили ее качество, сеть защищают фильтром электромагнитной совместимости. Он представляет собой набор конденсаторов и дросселя.

Сам инвертор собирается по мостовой схеме. В качестве ключевых элементов применяются IGBT транзисторы на напряжения от 600 В и токи соответствующие данному инвертору.

Они тоже с помощью специальной термопасты монтируются на радиаторы. При переключениях этих транзисторов возникают броски напряжения. Чтобы их погасить применяются RC фильтры.

Полученный на выходе электронных ключей переменный ток поступает на первичную обмотку высокочастотного понижающего трансформатора. На выходе вторичной обмотки получается переменный ток напряжением 50-60 В.

Под нагрузкой, когда идет сварка, он может выдавать ток до нескольких сотен ампер. Вторичная обмотка обычно выполняется ленточным проводом для уменьшения габаритов.

На выходе трансформатора стоит еще один мощный диодный мост. С него уже снимается необходимый сварочный ток. Здесь используются быстродействующие силовые диоды, другие использовать нельзя, потому что они сильно греются и выходят из строя. Для защиты от импульсных бросков напряжения используются дополнительные RC цепи.

Мягкий пуск

Для питания блока управления инвертора применяется стабилизатор на микросхеме с радиатором. Напряжение питания поступает с главного выпрямителя через резистивный делитель.

При включении сварочного инвертора конденсаторы начинают заряжаться. Токи достигают таких больших величин, что могут сжечь диоды. Чтобы этого не произошло, используется схема ограничения заряда.

В момент пуска ток проходит через мощный резистор, который ограничивает пусковой ток. После зарядки конденсаторов резистор с помощью реле отключается, шунтируется.

Блок управления и драйвер

Управление инвертором осуществляет микросхема широтно-импульсного модулятора. Она подает высокочастотный сигнал на управляющий электрод биполярного транзистора с изолированным затвором. Для защиты силовых транзисторов от перегрузок дополнительно устанавливаются стабилитроны между затвором и эмиттером.

Для контроля напряжения сети и выходного тока используется операционный усилитель, на нем происходит суммирование значений контролируемых параметров. При превышении или понижении от допустимых значений срабатывает компаратор, который отключает аппарат.

Для ручной регулировки сварочного тока предусмотрен переменный резистор, регулировочная ручка которого выводится на панель управления.

Сварочное оборудование на IGBT транзисторах имеет наилучшие характеристики по надежности. По сравнению с полевыми ключами биполярные транзисторы с изолированными затворами имеют преимущество больше 1000 В и 200 А.

При использовании в бытовых приборах и сварочных инверторах для домашнего пользования первое место до недавнего времени оставалось за сварочным оборудованием с MOSFET полупроводниками. Эта технология давно используется и хорошо отработана. Но у нее нет перспектив роста, в отличие от оборудования на IGBT транзисторах.

Новые модели уже ничем не уступают устройствам с полевыми приборами и на малых напряжениях. Только по цене первенство остается за аппаратами с полевыми транзисторами с индуцированным затвором.

Источник

Новинка от ONS: IGBT для сварочного оборудования

технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Смотреть фото технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Смотреть картинку технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Картинка про технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Фото технология igbt в сварочном инверторе что это такое

технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Смотреть фото технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Смотреть картинку технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Картинка про технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Фото технология igbt в сварочном инверторе что это такоеКомпания ON Semiconductor выпускает IGBT с тремя рейтингами напряжения – 600/650/1200 В, используя технологии производства Field Stop Trench и Field Stop II Trench, а также группу Trench-транзисторов, оптимизированных специально для построения сварочных инверторов. Эти IGBT позволяют создавать инверторы push-pull, мостовой, полумостовой и полумостовой асимметричной топологий.

Номенклатура мощных IGBT производства компании ON Semiconductor насчитывает почти сотню наименований, из них более двадцати подходят для создания сварочных инверторов, построенных по различным топологиям.

В 2012 году компания ON Semiconductor начала выпускать IGBT по технологии Field Stop Trench для сварочных инверторов. В 2013 году на рынке появились первые представители технологии Field Stop II Trench. В 2014 году была выпущена специализированная линейка IGBT NGTBxxN60Sxx, разработанная специально для создания сварочных инверторов.

Данные группы транзисторов не конкурируют друг с другом. Характеристики их таковы, что созданная линейка предоставляет разработчику возможность оптимального выбора подходящего ключа с учетом рабочего напряжения, напряжения насыщения, энергии на переключение и так далее.

Необходимо понимать, что IGBT, предназначенные для сварочных инверторов, должны отвечать целому ряду требований. При выборе транзисторов недостаточно учитывать только уровни токов и напряжений, представленных в документации. Важно помнить о целом ряде особенностей работы в данном конкретном приложении.

Рассмотрим анализ требований к силовым транзисторам, работающим в условиях жестких переключений, особенности инверторов с наиболее популярными топологиями (push-pull, мостовой, полумостовой, асимметричной полумостовой), а также обзор специализированных IGBT производства компании ON Semiconductor.

Режимы переключения IGBT-транзисторов

Одним из важнейших требований к IGBT для сварочных инверторов является способность устойчивой работы в условиях жестких переключений.

Работа в условиях мягких переключений не представляет особой проблемы для силовых ключей – коммутации происходят при нулевых либо небольших значениях токов или напряжений. Самым очевидным примером такого режима является работа с чисто резистивной нагрузкой (рисунок 1а).

технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Смотреть фото технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Смотреть картинку технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Картинка про технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Фото технология igbt в сварочном инверторе что это такое

Рис. 1. Режимы переключения IGBT

В этом случае режим переключения транзисторов оказывается максимально мягким. Формы токов и напряжений практически прямоугольные и без выбросов. Несмотря на наличие токового «хвоста» при выключении IGBT, динамические потери (Pвкл + Pвыкл) остаются низкими. Основная же часть потерь – потери проводимости (кондуктивные потери, Pконд).

Совсем другая картина наблюдается при жестких переключениях, которые происходят при ненулевых токах и напряжениях. Ярким примером такого режима является коммутация индуктивной нагрузки (рисунок 1б). При включении и выключении IGBT ток через индуктивность изменяется не скачком, а плавно. Наиболее жестким моментом является выключение транзистора. Накопленная в индуктивности энергия приводит к возникновению выброса напряжения. Чем больше накопленная энергия — тем мощнее выброс напряжения. Он может привести к пробою IGBT.

Вторым негативным аспектом при таких коммутациях является значительное возрастание мощности потерь при переключениях.

Для борьбы с выбросами напряжения в высокочастотных схемах применяют демпфирующие RC-цепочки или обратные диоды (рисунок 1в).

Все вышеназванные негативные последствия жестких переключений при индуктивной нагрузке относятся и к IGBT сварочных инверторов. В сварочных аппаратах нагрузкой инвертора выступает индуктивность – первичная обмотка мощного ВЧ-трансформатора.

В итоге можно выделить общие требования к IGBT для инверторов сварочных аппаратов:

Перечисленные требования являются общими, часть характеристик определяется особенностями конкретной применяемой топологии инвертора (таблица 1, рисунок 2).

технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Смотреть фото технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Смотреть картинку технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Картинка про технология igbt в сварочном инверторе что это такое. Фото технология igbt в сварочном инверторе что это такое

Рис. 2. Наиболее популярные топологии инверторов сварочных аппаратов

Таблица 1. Характеристики различных топологий инверторов

ПараметрТопология
Push-PullПолумостКосой полумостМост
Особенности топологии
Минимальное число силовых IGBT2224
Число обратных диодов2224
Мощность инверторанизкаянизкаясредняявысокая
Сложность трансформаторавысокаянизкаянизкаянизкая
Сложность управления ключаминизкаявысокаясредняявысокая
Постоянная составляющая тока трансформаторанетнетестьнет
Амплитуда напряжения на трансформаторе±Udc±Udc/2±Udc±Udc
Требования к IGBT
Максимальное напряжение на транзисторе>2×Udc>Udc>Udc>Udc
Требования к частотным параметрамвысокиевысокаясредняявысокие
Возможность сквозных токовнетестьнетесть
Требование наличия обратных диодовнетестьнет*есть
Стойкость к выбросам напряженийдададада
Амплитуда выбросов напряжениябольшаясредняясредняясредняя

Уровень напряжения на IGBT. Для большинства схем рабочее напряжения на ключе должно быть выше выпрямленного значения напряжения сети (Udc). Единственным исключением является топология push-pull. Для нее напряжение на ключах превышает 2×Udc.

Это достаточно важное обстоятельство. Как известно, в соответствии с ГОСТ 29322-92 (МЭК 38-83) с 2003 года номинальное действующее напряжение бытовых электрических сетей составляет 230 В +6/-10%. Это означает, что в худшем случае амплитуда напряжения составит почти 350 В. Поэтому в схеме Push-Pull к транзистору будет приложено удвоенное значение 720 В. Таким образом, в схеме Push-Pull не могут быть использованы транзисторы с распространенными рабочими напряжениями 600 и 650 В.

Значения коммутируемых токов. Большая мощность сварочных аппаратов требует больших токов, коммутируемых инвертором. Стоит отметить, что при прочих равных условиях в случае симметричной полумостовой схемы для получения той же мощности на выходе необходимо протекание через IGBT вдвое больших токов. Это связано с тем, что к обмотке трансформатора всегда прикладывается только половина выпрямленного напряжения Udc/2.

Стойкость к коротким замыканиям. Все упомянутые топологии, за исключением ассимметричной полумостовой, имеют опасность протекания сквозных токов. Помимо возможных сквозных токов в основном каскаде могут возникать и аварийные короткие замыкания.

В любом из приведенных случаев при возникновении КЗ схема защиты должна успеть сработать до того, как силовые ключи выйдут из строя. По этой причине для приложений, работающих в жестких условиях, применяют особый класс IGBT с нормированным значением допустимого времени КЗ.

Типовые значения нормированных времен короткого замыкания составляют 5 и 10 мкс.

Наличие встроенных обратных диодов. За исключением асиммметричной полумостовой схемы, все топологии требуют наличия обратных диодов, параллельных транзисторам. По этой причине наличие в одном с IGBT корпусе быстродействующих диодов с малым временем восстановления является большим плюсом.

Компания ON Semiconductor выпускает широкий перечень мощных IGBT, отвечающих вышеперечисленным требованиям для различных топологий.

Базовым параметром при выборе IGBT является уровень рабочего напряжения. Номенклатура ON Semiconductor содержит три основных группы с напряжениями 600, 650 и 1200 В.

Обзор IGBT 600 В от ON Semiconductor

Транзисторы с рабочим напряжением 600 В, производства компании ON Semiconductor (таблица 2), обладают отличными характеристиками:

Таблица 2. IGBT 600 В для сварочных инверторов

НаименованиеПоколениеUкэ тип., ВIк макс., АUкэ. насыщ. тип., ВEвыкл. тип., мДжEвкл. тип., мДжРейтинг времени КЗ, мксPd макс., ВтОбратный диодКорпус
Uпрям. тип., Вtвосст. тип., нсIвосст. тип, нс
NGTB30N60SFS Trench600301,90,540,751892,32009TO-247-3
NGTB35N60FL2FS II Trench600351,70,280,8453002,2687TO-247
NGTB40N60FL2FS II Trench600401,70,440,9753662,2726,7TO-247
NGTB40N60L2FS II Trench6004020,281,1754172,4736,7TO-247
NGTB45N60S1Trench6004520,531,2553002,45707TO-247
NGTB45N60S2Trench6004520,363001,249836TO-247
NGTB50N60FL2FS II Trench600501,80,461,554172,1948TO-247
NGTB50N60FWGFS Trench600501,451,21,152231,95778TO-247-3
NGTB50N60L2FS II Trench600501,50,60,855001,7677,4TO-247
NGTB50N60S1Trench600501,80,461,554172,1948TO-247
NGTB60N60SFS Trench6006020,61,412981,98767TO-247-3
NGTB75N60FL2FS II Trench600751,711,555952,2808TO-247
NGTB75N60STrench600751,711,555952,2808TO-247

Стоит отметить, что линейка мощных IGBT производства ON Semiconductor постоянно расширяется и состоит из трех групп с различными технологиями производства: Field Stop Trench, Field Stop II Trench и группа Trench-транзисторов, оптимизированных специально для построения сварочных инверторов (первые представители появились в 2014 году).

Все три технологии сосуществуют вместе, взаимно дополняя друг друга. Например, транзистор NGTB50N60FWG, выполненный по технологии FS Trench, является рекордсменом по величине напряжения насыщения (1,45 В). Наименьшей энергией на выключение обладают представители технологии FS II Trench: NGTB35N60FL2 и NGTB40N60L2 – от 0,28 мДж.

Особо отметим специализированную линейку транзисторов NGTBxxN60Sxx. Она создавалась специально для построения сварочных инверторов. Отличительной чертой этих IGBT является сочетание оптимального соотношения низкого напряжения насыщения и низкой энергии на выключение. Например, NGTB50N60S1 имеет напряжение насыщение 1,8 В при значении энергии на переключение всего 0,46 мДж. Лидерство по величине коммутируемого тока также остается за данной специализированной группой. Для NGTB75N60S величина тока достигает 75 А.

Говоря о предпочтительных топологиях построения инверторов, можно отметить, что для транзисторов, не имеющих допустимого времени работы при КЗ (NGTB60N60S, NGTB45N60S2, NGTB30N60S), оптимальным будет асиммметричная полумостовая схема, в которой протекание сквозных токов невозможно.

С помощью транзисторов с большим значением рабочих токов (NGTB60N60S, NGTB75N60FL2, NGTB75N60S) можно создавать наиболее мощные инверторы по любой из топологий. Возможно построение даже симметричной полумостовой схемы, которая требует повышенных значений тока для получения мощности, сравнимой с другими топологиями.

Специализированные транзисторы NGTBxxN60Sxx могут применяться для всех топологий, кроме push-pull.

Обзор IGBT 650 В от ON Semiconductor

Данная группа транзисторов является наиболее современной и включает только представителей, выполненных по технологии FS II Trench (таблица 3).

Таблица 3. IGBT 650 В для сварочных инверторов

НаименованиеПоколениеUкэ. тип., ВIк макс., АUкэ. насыщ. тип., ВEвыкл. тип., мДжEвкл. тип., мДжРейтинг времени КЗ, мксPd макс., ВтОбратный диодКорпус
Uпрям. тип., ВTвосст. тип., нсIвосст. тип., нс
NGTB35N65FL2FS II Trench650351,70,280,8453002,2687TO-247
NGTB40N65FL2FS II Trench650401,70,440,9753662,2726,7TO-247
NGTB50N65FL2FS II Trench650501,80,461,554172,1948TO-247
NGTB75N65FL2FS II Trench650751,711,555952,2808TO-247

Несложно заметить, что характеристики этих IGBT практически полностью совпадают с характеристиками транзисторов FS II Trench с напряжением 600 В. Единственное отличие – более высокий уровень напряжения – 650 В.

Данная линейка IGBT будет отличным выбором для любой из топологий, кроме push-pull. Для push-pull следует обратить внимание на транзисторы с напряжением 1200 В.

Обзор IGBT 1200 В от ON Semiconductor

Перечень IGBT 1200 В производства компании ON Semiconductor включает представителей всех трех технологий. Разработчику предоставляется широкий выбор при определении оптимального ключа.

Анализируя данный сегмент транзисторов, можно отметить их отличительные черты (таблица 4):

Таблица 4. IGBT 1200 В для сварочных инверторов

НаименованиеПоколениеUкэ. тип., ВIк макс., АUкэ. насыщ. тип., ВEвыкл. тип., мДжEвкл. тип., мДжРейтинг времени КЗ, мксPd макс., ВтОбратный диодКорпус
Uпрям. тип., Вtвосст. тип., нсIвосст. тип., нс
NGTB15N120FL2FS II Trench12001520,371,210294211011TO-247
NGTB15N120LFS Trench1200151,80,562,151561,415TO-247-3
NGTB20N120LFS Trench1200201,80,73,151921,5515TO-247-3
NGTB25N120FL2FS II Trench12002520,61,95103852,115415TO-247
NGTB25N120LFS Trench1200251,850,83,451921,725TO-247-3
NGTB25N120STrench12002520,62,39103852,115415TO-247
NGTB30N120FL2FS II Trench12003020,72,6104521,7524018TO-247
NGTB30N120LFS Trench1200301,7514,452601,530TO-247-3
NGTB30N120L2FS II Trench1200301,71,44,4105341,545032TO-247
NGTB40N120FL2FS II Trench12004021,13,410535224018TO-247
NGTB40N120LFS Trench1200401,91,45,552601,640TO-247-3
NGTB40N120STrench12004021,13,410535224018TO-247
NGTB50N120FL2FS II Trench1200502,21,44,410535225619TO-247

Как и в случае с группой транзисторов 600 В, IGBT, созданные по различным технологиям, не конкурируют, а взаимно дополняют друг друга. Однако рекордными характеристиками обладают FS II Trench: наибольшим током коллектора в 50 А отличается NGTB50N120FL2; наименьшая энергия на выключение в 0,37 мДж – у NGTB15N120FL2; наименьшее напряжение насыщения, равное 1,7 В – у NGTB30N120L2.

Тем не менее, следует уделить особое внимание транзисторам, разработанным специально для сварочных инверторов – NGTB25N120S и NGTB40N120S. Характеристики этих IGBT полностью совпадают с характеристиками сверхсовременных FS II Trench.

Высокий уровень рабочего напряжения 1200 В позволяет строить все типы инверторов, в том числе – push-pull.

Заключение

Компания ON Semiconductor выпускает IGBT с тремя уровнями напряжения – 600/650/1200 В, – с использованием нескольких технологий производства. Наряду с ключами, созданными по технологиям Field Stop Trench и Field Stop II Trench, существует группа Trench-транзисторов, оптимизированных специально для построения сварочных инверторов. Они способны работать в условиях жестких переключений и имеют весьма достойные характеристики:

Представленные IGBT позволяют создавать инверторы основных топологий: push-pull, мостовой, полумостовой, полумостовой асимметричной.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *