WBG功率器件及其在弧焊逆变器领域的应用

随着第一、二代半导体器件在材料本征能力方面的不足日益突显,第三代宽禁带半导体器件以其高频率、高耐压、高漂移度以及低电阻能等特性在逆变器领域得到了广泛的关注。介绍了宽禁带(WBG)半导体的发展和特性,对以Si C为代表的宽禁带功率器件在弧焊逆变器领域的应用优势进行分析,最后探讨了宽禁带功率器件应用于弧焊逆变器领域时面临的主要问题及对策。     

功率半导体器件在逆变弧焊电源中的应用与发展

功率半导体器件是逆变弧焊电源中的关键元器件。随着功率半导体的发展特别是材料的进步,功率半导体器件经历了三代的发展,目前已处于第三代。文中主要介绍以SiC功率半导体器件为代表的具有宽禁带特性的第三代功率半导体器件对现代逆变弧焊电源发展的影响。     

新一代WBG弧焊逆变电源

硅功率器件的开关性能已随其结构设计和制造工艺的完善而接近由其材料特性决定的理论极限,难以满足新一代高性能弧焊逆变电源对紧凑体积、高温、高功率密度、高压、高频以及抗辐射等恶劣工况条件的新要求.宽禁带（WBG）半导体是一种革命性的电力电子材料,已成为下一代电力电子器件的主攻方向.主要介绍WBG功率器件的基本特点、类型以及发展情况,重点介绍WBG功率器件应用于弧焊逆变电源时需要重点解决的关键科学和技术问题,为促进和推动下一代WBG弧焊逆变电源的发展和应用奠定基础.     

弧焊逆变器研制中的关键技术

综合介绍了国内外弧焊逆变器开发中的技术状况,分析了弧焊逆变器结构设计和智能控制方法。根据弧焊逆变器和电力电子技术的发展趋势,提出了功率开关器件和磁性材料的选用原则。从电路优化设计、元器件选配和制造工艺等方面,指出了提高弧焊逆变器可靠性的途径。本文旨在促进我国弧焊逆变器技术水平的提高。     

一种零电压零电流倍流整流弧焊逆变器

采用移相控制和倍流整流技术,实现零电压零电流开关全桥变换和整流二极管软开关弧焊逆变器.其中超前桥臂实现零电压开通,滞后桥臂实现零电流关断,副边整流二极管,实现零电流自然关断,整个弧焊逆变器所有的功率器件都工作在软开关状态.降低了功率器件的应力与开关损耗,降低了干扰,提高了弧焊逆变器的电磁兼容性能力,特别适合大功率场合;并且可以进一步提高开关频率,加快系统动态响应能力.文中还简单讨论了软开关范围和参数的关系.在此基础上,制作2 kW弧焊逆变器,结果表明,该弧焊逆变器的良好性能.     

软开关技术在弧焊逆变器的应用

本文比较几种软开关电路,提出一种新型的零电压、零电流全桥ＰＷＭ弧焊逆变器。该逆变器功率器件工作在零电压开通和零电流关断状态,降低了弧焊逆变器的开关损耗,文中给出了该逆变器的工作原理、设计特点及试验结果。     

IGBT弧焊逆变器可靠性的研究

分析了ＩＧＢＴ弧焊逆变器的功率开关器件保护，主电路和控制电路的抗干扰，主变压顺和电抗器绕制工艺以及系统温升等问题。探讨了提高弧焊逆变器可靠性的关键技术。     

知识窗

弧焊逆变电源按采用的大功率快速开关电子元件的不同进行分类,有:晶闸管式弧焊逆变器;大功率晶体管逆变电源;MOS 场效应管式弧焊逆变电源;IGBT式弧焊逆变电源(绝缘门极双极性晶体管)。其中,IGBT 是近几年出现的新型功率开关器件,在美国、日本已形成商品化生产,成系列供应。IGBT 集合了 MOS 场效应管和双极性晶体管的优点:①采用电压驱动,输入阻抗高;②开关速度高;③电流密度高,截流容量大(是 MOS 场效应管的5～10倍);④安全工作区域宽,不存在二次击穿。因此更适合作大电流开关电     

弧焊逆变器功率变换回路的仿真

建立了弧焊逆变器的器件级数学模型,对功率变换回路的瞬态过程进行了深入系统的仿真研究,在此基础上详细分析了不同电弧负载以及空载状态下磁芯的工作状况,此外还仿真分析了磁芯气隙、辅助阻容网络对磁芯工作状况的影响,仿真表明,弧焊逆变器近空载时磁芯工作状况最为恶劣,针对弧焊逆变器空载运行的特点,提出了PWM PFM（脉宽调节 脉频调节）的空载控制策略。而通过适当调整磁芯气隙以及辅助阻容网络,可使磁芯工作状况得到显著改善。甚至部分位于B-H平面的第Ⅲ象限,为变压器的优化设计提供了理论依据。     

弧焊逆变器的电子开关器件应用现状及趋势

弧焊逆变器是当前焊接电源设备发展的主流方向,而电子开关器件则是其核心之一。介绍了弧焊逆变器的基本工作原理,通过对晶闸管、晶体管、MOSFETI、GBT等传统的电子开关器件在弧焊逆变器中的应用现状分析,指出电子开关器件向大功率、模块化、高频化、全控化和多功能化的发展趋势。晶闸管、晶体管式逆变弧焊器将完全被IGBT式所代替,高频、中小容量的MOSFET式逆变器仍有一定市场,集成门极换向型晶闸管(IGCT)、电子注入增强门极晶体管(IEGT)等新型的电子开关器件将在弧焊逆变器中得到广泛应用。     

新一代SiC功率器件及其在逆变焊机中的应用

目前逆变焊机普遍采用的Si基功率器件的性能已接近由其材料特性决定的理论极限,依靠Si基功率器件继续完善和提高逆变焊机性能的潜力已十分有限。SiC是一种革命性的宽禁带半导体材料,是下一代功率半导体材料的重点发展方向。介绍了新型SiC材料的特性及其功率器件的类型、原理和特点;对比分析SiC和普通Si基功率器件的性能;在此基础上探讨将SiC功率器件应用于逆变焊机的优势;分析和展望SiC功率器件在新一代逆变焊机中的应用前景。     

弧焊逆变器主电路的拓朴结构

通过对ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ等为开关器件的新一代弧焊逆变器主电路的拓朴结构进行的数学分析和研究，建立了电路层次的数学模型，探讨了四种典型拓朴结构的特性，推导了它们的输出功率和开关器件的电流表达式，得出了一些有意义的结论。     

逆变弧焊电源可靠性的探讨

本文以提高电工产品使用的可靠性为目的,对逆变弧焊电源中的功率半导体器件、控制电路、变压器、电抗器及其噪声、器件的散热与冷却以及整机加工工艺与产品可靠性的关系进行了探讨。     

弧焊逆变器主电路的拓朴结构

通过对ＩＧＢＴ，ＭＯＳＦＥＴ等为开关器件的新一工弧焊逆变器主电路的拓扑结构进行的数学分析和研究，建立了电路层次的数学模型，探讨了四种典型拓朴结构的特性，推导了它们的输出功率和开关器件的电流式，得出了一些有意义的结论。     

弧焊逆变器的新发展——大功率场效应管弧焊逆变器

本文介绍了用于微束等离子弧焊和钨极惰性气体保护焊的大功率场效应管弧焊逆变器及其性能指标,并从理论和试验研究上,论述了采用新型的大功率场效应管代替双极型大功率晶体管,作为弧焊逆变器中的快速开关,具有可靠工作范围更宽,频率和效率更高,体积更小以及控制功率极小,可直接用微处理机进行控制等优点,从而更加充分地体现弧焊逆变器的独特优越性,为它的进一步发展技到又一条途径。同时,本文还针对研制该机的主要难点,论述了在设计、工艺和结构等方面必须注意的问题,以及预言了此种新型弧焊逆变器的发展前途。     

零电压、零电流倍流整流电阻焊逆变电源

设计了一种新型的零电压、零电流倍流整流电阻焊逆变电源,采用移相控制实现零电压、零电流开关全桥变换,其中超前桥臂实现零电压开通,滞后桥臂实现零电流关断.变压器二次侧采用一种单线圈双电感双管全波整流电路,整流二极管实现零电流自然关断,逆变器所有的功率器件都工作在软开关状态,降低了功率器件的应力和开关损耗,提高了弧焊逆变器的...     

场效应晶体管弧焊逆变器可靠性研究

本文讨论了功率MOSFET晶体管弧焊逆变器的工作可靠性及其影响因素，并指出了弧焊逆变器设计中应注意的问题。     

场效应晶体弧焊逆变器可靠性研究

本文讨论了功率ＭＯＳＦＥＴ晶体管弧焊逆变器的工作可靠性及其影响因素，并指出了弧焊逆变器设计中应注意的问题。     

弧焊逆变器主电路分析

通过对IGBT为开关器件的新一代弧焊逆变器主电路的拓扑结构进行分析和研究,探讨了两种典型拓扑结构——双单端逆变器、全桥逆变器。     

零电压、零电流倍流整流电阴焊逆变电源

设计了一种新型的零电压、零电流倍流整流电阻焊逆变电源,采用移相控制实现零电压、零电流开关全桥变换,其中超前桥臂实现零电压开通,滞后桥臂实现零电流关断。变压器二次侧采用一种单线圈双电感双管全波整流电路,整流二极管实现零电流自然关断,逆变器所有的功率器件都工作在软开关状态,降低了功率器件的应力和开关损耗,提高了弧焊逆变器的电磁兼容性能力,突出了逆变电源节能、体积小、质量轻、响应速度快的优点,特别适合大功率场合。