12个大功率MOSFET基于逆变焊机的应用与评测

中心议题：

• 大功率MOSFET基于逆变焊机的应用原理
• 逆变气保焊（NB系列）控制电路的特点
• IGBT在焊机中的应用
• 主功率MOS工作波形

解决方案：

• 本方案采用纯硬件结构
• 主控芯片选用电源IC KA3525驱动12个HOMSEMI大功率MOSFET HS20N50

逆变焊机的电路结构,一般是采用整流--逆变--再整流的过程,即交流--直流--交流.由于逆变过程中工作频率高,因此控制过程的动态特性统计局到提高,焊机的体积小,重量轻.

本逆变焊机由香港凯泰科电子有限公司（KEYTECH）和成启半导体(HOMSEMI)合作开发,逆变频率在100KHz以上.变压器重量降低,现在逆变焊机变压器铁心材料主要采用铁氧体材料和微晶材料,小功率逆变焊机已作为工具进入家庭.传统焊机中变压器的重量占了焊机重量的80%以上,逆变焊机中变压器重量是焊机重量的1/5--1/10.逆变焊机重量是同容量整流焊机的1/2--1/4.

由于本逆变焊机的工作频率为100KHz以上,可以对熔滴过渡细分为多个阶段进行控制.对CO2气体保护焊来讲,可以大幅度降低飞溅,对脉冲熔化极惰性/活性气体保护焊(MIG/MAG),可有效地控制射流过渡的稳定性,还可以将熔滴过渡和送丝机构的运动结合起来,进行一步控制熔滴过渡的过程.这些是传统整流焊机无法做到的.

焊机是一各特殊的电源,输出负载是电弧,有空载,短路的过程,焊接电源必须满足焊接过程稳定性的要求.在许多场合下,焊接过程由人来完成,电源输出端经常要接触到人的身体,所以在焊接电源除满足焊接过程的要求外,还要满足人身的安全要求.以国内市电为例,输入220V交流电经整流后,变成310V左右的高压直流电,经逆变器变成高频交流,经变压器降压,整流滤波后变成平滑直流电供焊机使用.在焊接铝,镁等金属时需要交流电弧,还需要再加二次逆变环节,将直流变为交流,产生交流电弧,完成焊接过程.

一,原理框图

方案特点

1.体积小重量轻

2.节能

3.可实现熔滴过度的精细控制
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二,主控电路原理图

本方案采用纯硬件结构,主控芯片选用FAIRCHILD公司的电源IC KA3525 驱动12个成启半导体(HOMSEMI)大功率MOSFET HS20N50. 桥式逆变电路由4*3个HS20N50和变压器组成,变压器一次回路中串联隔直电容来校正变压器的磁偏.

三,主功率MOS工作波形

早期的逆变焊机中功率开关器件采用晶闸管,逆变频率为2--3KHz,变压器铁心采用硅钢片,本机采用成启半导体(HOMSEMI)MOSFET,逆变频率为100KHz以上,主变压器铁心采用微晶铁心和铁氧体.主变压器介电强度和绝缘电阻均满足国标要求,有理想的短路电流控制特性.

四, 逆变气保焊（NB系列）控制电路的特点

1，对其送丝机上的给定系统（电压、送丝速度）进行了线性化处理，杜绝了小规范难以调整的缺陷。

2，对系统解调后的电压、送丝（电流）速度给定信号进行了同步精密整流处理，消除了此类焊机大规范长线（收弧）情况下给定信号被干扰的现象。

3，优化了波形控制电路，大大减小了短路过渡下的焊接飞溅，从而提高了焊接质量。

五,IGBT在焊机中的应用

随着IGBT技术的成熟，其在焊机的应用中越来越广泛。IGBT即双极型绝缘效应管，其开关频率在20KHZ~50KHZ之间。但它可以通过大电流（单管可达60A），而且由于外封装引脚间距大，爬电距离大，能抵御环境高压的影响，安全可靠；同时IGBT与场效应管相比具有更低的导通压降，在大电流使用环境下IGBT发热量更小，所以IGBT特别适合应用在大功率逆变焊机。广州成启已经启动IGBT发展战略，将联合上下游厂商开发出越来越多的IGBT器件。