如何利用英飞凌最新一代1200V TRENCHSTOP™IGBT6单管设计400ADC三相便携式逆变焊机
焊接工艺依靠焊接设备来实现，号称“工业缝纫机”的焊接设备（又称电焊机）广泛应用于现代工业如造船、化工、冶金、建筑、机械、汽车、轻工、电力等焊接领域。
逆变电焊机的电路结构一般采用交流输入--整流--逆变方波交流--输出再整流的过程。由于逆变过程中工作频率提高，与常规焊机比，可节省硅钢片90%左右，节省铜线90%左右，逆变焊机体积明显减小、重量减轻、逆变频率提高，控制过程的动态响应及焊接性能得到改善提高。
最近几年逆变焊机的开关频率逐渐提升，用1200v igbt模块做的逆变焊机，一般是输出电流在400adc以上的三相焊机，开关频率在10-30khz；如果是用600v（650v） igbt单管设计的单相逆变焊机，一般开关频率可以高达30-70khz。随着市场上sic mosfet产品的推出和技术的成熟，甚至一些焊机厂商在尝试用sic mosfet去设计开关频率在100khz以上的焊机，进一步提高焊接和焊缝的质量。
用igbt模块设计焊机是多数焊机厂商的选择，尤其是设计输出大电流的焊机，单管并联个数太多会对焊机的可靠性产生影响。但是对于400adc及以下输出电流的逆变焊机，用igbt单管设计成本上有很大的优势，而且400adc及以下功率等级的焊机占市场份额超过了50%，推广单管igbt在逆变焊机中的应用，对降低整个逆变焊机，尤其是便携式逆变焊机的系统成本有很大帮助。
本文介绍的就是如何利用英飞凌最新一代1200v trenchstop™igbt6单管设计400adc三相便携式逆变（mag/mig/mma）焊机。
对于英飞凌最新一代1200v trenchstop™ igbt6，可以参考英飞凌官网链接（文末点击“阅读原文”），在英飞凌工业半导体官方微信公众号文章 新一代1200v trenchstop™ igbt6为高频应用带来更高能效 也已经有过介绍，这里就不再赘述。下图1是1200v igbt6的两个子系列s6和h6的导通压降和开关损耗，并和上一代的h3和t2系列做了比较，拿s6来说，可以看出，比h3导通压降低15%，比t2开关损耗降低了50%，性能提升非常明显：
图1. 1200v trenchstop™ igbt6导通压降和开关损耗
下图2是由英飞凌设计的利用1200v trenchstop™ igbt6单管产品设计的400adc三相便携式mag/mig/mma逆变焊机参考设计，三维模型如下
图2. 400adc三相便携式mag/mig/mma逆变焊机参考设计
实物样机已经在2018年纽伦堡和上海pcim展出，详见图3：
图3. 400adc三相便携式mag/mig/mma逆变焊机实物样机
设计参数：
逆变igbt: ikq75n120cs6 to247plus
额定输出: 400adc/ 30 vdc
输入电压: ac380 v ±15%, 50 hz
尺寸:323 x 322 x 170 mm3
拓扑结构如图4：
图4. 400adc三相便携式mag/mig/mma逆变焊机拓扑图
利用h桥拓扑，由4颗ikq75n120cs6单管igbt组成逆变桥，和传统的利用34mm igbt模块设计400adc焊机不同，此方案是直接把单管igbt安装在散热器上，这样igbt芯片的rthj-c（芯片到外壳热阻，0.17k/w）大大降低，有利于igbt芯片的散热，和传统34mm igbt模块的rthj-c (0.38k/w)相比，热阻降低了50%以上（具体请参考ikq75n120cs6和2a75hb12c1u的数据手册）。
电气隔离需要在散热器和系统之间设计，在这4片单管igbt之间的电气隔离通过3片独立的散热器来进行（下桥臂共用一块，上桥臂各一块，见图2右），即便这样，系统成本也能得到很大的降低，同时功率密度却能得到很大的提升，这就达成了便携式焊机轻便、低成本、高功率密度的设计目标。
传统的利用75a/1200v 34mm igbt模块设计400adc三相焊机的方案，是目前各大焊机厂商常用的方案，市面上的34mm igbt模块，基本上是由第三代1200v 快速igbt芯片构成，推荐开关频率在30khz左右。下面就拿英飞凌75a/1200v ikq75n120cs6 igbt6（s6推荐开关频率h3更高）和75a/1200v advantage 34mm igbt模块2a75hb12c1u（内含英飞凌第三代highspeed3 igbt芯片）在相同的条件下igbt的导通压降和开关损耗做比较，如表1，虽然测试条件有细微差异，但还是很能说明问题的，可以看出，前者的导通压降只有后者的85%，前者开关损耗几乎只有后者的50%。
表1. ikq75n120cs6和2a75hb12c1u参数对比
通过仿真和实测，ikq75n120cs6单管方案在400adc逆变焊机设计中，开关频率fsw=30 khz, 输出电流=400 adc/ 30 vdc, 输入电压=3æ, 380 vrms条件下，结温只有130℃左右，还是有一定余量的。可以预期，开关频率还可以进一步提高，或者，利用传统方案（通过绝缘垫片安装igbt单管，散热器不用做系统隔离），设计350adc-400adc逆变焊机还是完全有可能的。
总 结
英飞凌最新推出的1200v igbt6单管，在上一代1200v igbt芯片（h3和t2）技术上，进一步优化了导通压降和开关损耗，并且有to247-plus（不带安装孔）的封装，使得设计大容量、低功耗、低成本、高功率密度、便携式的400adc逆变焊机成为了可能。
4颗75a/1200v igbt单管ikq75n120cs6和2颗75a/1200v34mm模块的成本相比，得到大大降低，散热器成本也进一步降低。
本文展示的方案是把igbt单管直接安装在散热器上，可以做400adc逆变焊机，如果按照传统方案来设计（通过绝缘垫片安装igbt单管），4颗75a/1200v igbt单管ikq75n120cs6组成h桥，有望可以做350adc-400adc逆变焊机。
利用igbt单管ikq75n120cs6设计焊机，不仅自身重量降低，散热器重量也大大降低，焊机系统结构更加紧凑，对于便携式焊机来说，是很大的进步。
Moku:Pro测试测量与控制一体化解决方案
TCP三次握手过程及四次挥手过程说明
通用型与达林顿型光耦的区别
737 Max飞机停飞之后 波音又暂时停产14天
快恢复二极管
如何利用英飞凌最新一代1200V TRENCHSTOP™IGBT6单管设计400ADC三相便携式逆变焊机
OpenAI CEO称人类水平的AI即将出现
升级iOS10.2.1问题诸多，如何避免iOS10自动升级？
OPPO将在2019上半年推出5G手机你期待吗
调频收音机的工作原理
Mentor面向线束设计环境推出Capital Harness TVM工具
多措并举推进党建和业务工作深度融合
TCL么么哒3N高清图赏
投资者开发无人售货机解决方案30天净赚1.7个亿？低调富豪手把手教你如何步步为赢？
科学性发明新型高能超薄太阳能电池板
BGA返修台的应用场景
iQOONeo评测 重新看齐顶级旗舰
沪伦通预计下周开通 外企将能在国内上市
TechInsights对于Mate30 Pro 5G版进行了深度拆解分析
农药残留检测仪器设备的功能
逆变电焊机的电路结构一般采用交流输入--整流--逆变方波交流--输出再整流的过程。由于逆变过程中工作频率提高，与常规焊机比，可节省硅钢片90%左右，节省铜线90%左右，逆变焊机体积明显减小、重量减轻、逆变频率提高，控制过程的动态响应及焊接性能得到改善提高。
最近几年逆变焊机的开关频率逐渐提升，用1200v igbt模块做的逆变焊机，一般是输出电流在400adc以上的三相焊机，开关频率在10-30khz；如果是用600v（650v） igbt单管设计的单相逆变焊机，一般开关频率可以高达30-70khz。随着市场上sic mosfet产品的推出和技术的成熟，甚至一些焊机厂商在尝试用sic mosfet去设计开关频率在100khz以上的焊机，进一步提高焊接和焊缝的质量。
用igbt模块设计焊机是多数焊机厂商的选择，尤其是设计输出大电流的焊机，单管并联个数太多会对焊机的可靠性产生影响。但是对于400adc及以下输出电流的逆变焊机，用igbt单管设计成本上有很大的优势，而且400adc及以下功率等级的焊机占市场份额超过了50%，推广单管igbt在逆变焊机中的应用，对降低整个逆变焊机，尤其是便携式逆变焊机的系统成本有很大帮助。
本文介绍的就是如何利用英飞凌最新一代1200v trenchstop™igbt6单管设计400adc三相便携式逆变（mag/mig/mma）焊机。
对于英飞凌最新一代1200v trenchstop™ igbt6，可以参考英飞凌官网链接（文末点击“阅读原文”），在英飞凌工业半导体官方微信公众号文章 新一代1200v trenchstop™ igbt6为高频应用带来更高能效 也已经有过介绍，这里就不再赘述。下图1是1200v igbt6的两个子系列s6和h6的导通压降和开关损耗，并和上一代的h3和t2系列做了比较，拿s6来说，可以看出，比h3导通压降低15%，比t2开关损耗降低了50%，性能提升非常明显：
图1. 1200v trenchstop™ igbt6导通压降和开关损耗
下图2是由英飞凌设计的利用1200v trenchstop™ igbt6单管产品设计的400adc三相便携式mag/mig/mma逆变焊机参考设计，三维模型如下
图2. 400adc三相便携式mag/mig/mma逆变焊机参考设计
实物样机已经在2018年纽伦堡和上海pcim展出，详见图3：
图3. 400adc三相便携式mag/mig/mma逆变焊机实物样机
设计参数：
逆变igbt: ikq75n120cs6 to247plus
额定输出: 400adc/ 30 vdc
输入电压: ac380 v ±15%, 50 hz
尺寸:323 x 322 x 170 mm3
拓扑结构如图4：
图4. 400adc三相便携式mag/mig/mma逆变焊机拓扑图
利用h桥拓扑，由4颗ikq75n120cs6单管igbt组成逆变桥，和传统的利用34mm igbt模块设计400adc焊机不同，此方案是直接把单管igbt安装在散热器上，这样igbt芯片的rthj-c（芯片到外壳热阻，0.17k/w）大大降低，有利于igbt芯片的散热，和传统34mm igbt模块的rthj-c (0.38k/w)相比，热阻降低了50%以上（具体请参考ikq75n120cs6和2a75hb12c1u的数据手册）。
电气隔离需要在散热器和系统之间设计，在这4片单管igbt之间的电气隔离通过3片独立的散热器来进行（下桥臂共用一块，上桥臂各一块，见图2右），即便这样，系统成本也能得到很大的降低，同时功率密度却能得到很大的提升，这就达成了便携式焊机轻便、低成本、高功率密度的设计目标。
传统的利用75a/1200v 34mm igbt模块设计400adc三相焊机的方案，是目前各大焊机厂商常用的方案，市面上的34mm igbt模块，基本上是由第三代1200v 快速igbt芯片构成，推荐开关频率在30khz左右。下面就拿英飞凌75a/1200v ikq75n120cs6 igbt6（s6推荐开关频率h3更高）和75a/1200v advantage 34mm igbt模块2a75hb12c1u（内含英飞凌第三代highspeed3 igbt芯片）在相同的条件下igbt的导通压降和开关损耗做比较，如表1，虽然测试条件有细微差异，但还是很能说明问题的，可以看出，前者的导通压降只有后者的85%，前者开关损耗几乎只有后者的50%。
表1. ikq75n120cs6和2a75hb12c1u参数对比
通过仿真和实测，ikq75n120cs6单管方案在400adc逆变焊机设计中，开关频率fsw=30 khz, 输出电流=400 adc/ 30 vdc, 输入电压=3æ, 380 vrms条件下，结温只有130℃左右，还是有一定余量的。可以预期，开关频率还可以进一步提高，或者，利用传统方案（通过绝缘垫片安装igbt单管，散热器不用做系统隔离），设计350adc-400adc逆变焊机还是完全有可能的。
总 结
英飞凌最新推出的1200v igbt6单管，在上一代1200v igbt芯片（h3和t2）技术上，进一步优化了导通压降和开关损耗，并且有to247-plus（不带安装孔）的封装，使得设计大容量、低功耗、低成本、高功率密度、便携式的400adc逆变焊机成为了可能。
4颗75a/1200v igbt单管ikq75n120cs6和2颗75a/1200v34mm模块的成本相比，得到大大降低，散热器成本也进一步降低。
本文展示的方案是把igbt单管直接安装在散热器上，可以做400adc逆变焊机，如果按照传统方案来设计（通过绝缘垫片安装igbt单管），4颗75a/1200v igbt单管ikq75n120cs6组成h桥，有望可以做350adc-400adc逆变焊机。
利用igbt单管ikq75n120cs6设计焊机，不仅自身重量降低，散热器重量也大大降低，焊机系统结构更加紧凑，对于便携式焊机来说，是很大的进步。
Moku:Pro测试测量与控制一体化解决方案
TCP三次握手过程及四次挥手过程说明
通用型与达林顿型光耦的区别
737 Max飞机停飞之后 波音又暂时停产14天
快恢复二极管
如何利用英飞凌最新一代1200V TRENCHSTOP™IGBT6单管设计400ADC三相便携式逆变焊机
OpenAI CEO称人类水平的AI即将出现
升级iOS10.2.1问题诸多，如何避免iOS10自动升级？
OPPO将在2019上半年推出5G手机你期待吗
调频收音机的工作原理
Mentor面向线束设计环境推出Capital Harness TVM工具
多措并举推进党建和业务工作深度融合
TCL么么哒3N高清图赏
投资者开发无人售货机解决方案30天净赚1.7个亿？低调富豪手把手教你如何步步为赢？
科学性发明新型高能超薄太阳能电池板
BGA返修台的应用场景
iQOONeo评测 重新看齐顶级旗舰
沪伦通预计下周开通 外企将能在国内上市
TechInsights对于Mate30 Pro 5G版进行了深度拆解分析
农药残留检测仪器设备的功能