【应用】新型低损耗1250V IGBT，轻松提高焊机功率容量

【摘要】选择一个好的IGBT对焊机的功率提升起很大作用，第八代G8H系列IGBT采用最先进的工艺技术，可实现快速切换性能和低饱和电压，具有优异的散热性，是业内首个采用离散TO-247 plus封装带内置二极管的1250V IGBT，可用于额定功率为100C的75A电流环。

由于功率开关性能的不断提升优化，使得逆变技术应用于焊机的设计在这近二十年内取得了巨大的进步，并奠定了在行业中的地位。过去几年，为了达到减小体积、提高功率等要求，逆变焊接技术也正式从晶闸管逆变焊机进一步发展到了IGBT逆变焊机。相比于传统的晶闸管逆变焊机，IGBT逆变焊机具有高效、节能、体积小、重量轻、焊接工艺性能优良、产品性价比高等特点。

IGBT逆变焊机的工作原理大致是：三相或单相工频交流电整流滤波后得到一个较平滑的直流电，由IGBT组成的逆变电路将该直流电变为几十到上千赫兹的交流电，经主变压器降压后，再经整流滤波获得平稳的直流输出焊接电流。其电路原理如图1所示。

图1： IGBT 逆变焊机电路原理图

焊机领域开关频率一般大于20kHz，为适应这一频率要求，特别针对开关特性和饱和压降进行折中优化，保证降低开关损耗的前提下导通压降值不能有显著增加。另外，由于焊机本身可能应用在恶劣的生产环境，对散热也提出一定要求，因此在电焊机实际应用电路设计时，更要注意相关产品型号的选择。良好的产品特性会提升整个产品的可靠性。其中尤以图1中逆变部分IGBT（VT1、VT2、VT3、VT4）对焊机电路的稳定性起到举足轻重的作用。

针对上述情况，全球领先的半导体厂商Renesas推出针对焊机应用场合的第八代G8H系列IGBT：RBN40H65T1，RBN50H65T1，RBN75H65T1，RBN40H125，RBN75H125。

第八代G8H系列IGBT的主要特点与优势：
1）切换更快，具有业界领先的超低功耗特性，是反相电路的理想选择。

RENESAS利用其长期低损耗IGBT设计专长，开发了独特的沟槽栅配置。新型IGBT采用最先进的工艺技术，可实现快速切换性能和低饱和电压（VCE（饱和））特性，性能指数改善了30%。此外，RENESAS分析了可减少反相电路功耗的元素并设计了新设备，以减少电导和开关损耗。因此大大降低了IGBT功耗，这部分功耗占功率转换器电路总功耗的一半以上。因此该系列IGBT用在焊机上可以显著提高焊机的效率。

2）得益于低开关噪声，无需安装外部栅极电阻。

在IGBT中，需在噪声特性和开关速度之间做出权衡。RENESAS的第八代IGBT在切换期间产生的栅极噪声大大减少，这样系统制造商可拆卸之前为降低噪音而安装的栅极电阻，从而减少元件数量，加强焊机设计的紧凑性。

3）TO-247封装具有优异的散热性，可确保在175℃的高温下运行。

TO-247封装底面由金属制成，这样可以将由IGBT功耗所产生的热量直接输送到具有优异散热性能的封装外表面。新器件可适应175℃的高温，这样便可以用于因大功率级传输而易升温的区域，有助于改善焊机系统的性能和可靠性。

4）TO-247plus离散封装类型中首个带内置二极管的1250 V IGBT，可用于额定功率为100C的75A电流环。

在前几代产品中，由于考虑到发热、噪音和运行质量等因素，额定功率为100C的75A电流环一般会被并入采用大封装的模块。但凭借第八代IGBT技术低损耗和芯片尺寸更小的特点，瑞萨在业内实现了首个采用离散TO-247 plus封装带内置二极管的1250V IGBT。通过在额定功率为100C的75A电流带中使用离散封装器件，系统制造商实现了只有离散器件具备的增强电路配置的灵活性，且可轻松提高焊机的功率容量。

第8代G8H IGBT系列产品规格表：

表1：650V产品规格表

表2：1250V产品规格表

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