IGBT在逆变焊机中的正确选择和使用
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硕士，主要从事逆变电源的设计和功率半导体器件 的应用分析工作。
·14· Electric Welding Machine
1 典型逆变电路拓扑
1．1 硬开关电路拓扑和 IGBT 的选择
硬开关电路拓扑和工作方式如图 1 所示。UDC 为直流母线电压，IGBT1～IGBT4 为功率器件 IGBT， R1～R4 与 C1～C4 对应串联组成 IGBT1～IGBT4 的 RC 吸收网络，TX1 为逆变中频变压器，VD1 和 VD2 为输 出全波整流二极管 FRED，R5、R6 与 C5、C6 对应串联 组成 VD1 和 VD2 的吸收网络，L 为输出滤波电感，R 为输出等效阻抗。
根据硬开关电路的工作方式，IGBT1 和 IGBT4 同时开通和关断，IGBT2 和 IGBT3 同时开通和关断， 产生开关损耗，在损耗的组成中，关断损耗所占比 例更大。因此选择 IGBT 时，选择快速型 IGBT，尤其 关断时间较短者为佳。
1．2 移相软开关电路拓扑和 IGBT 的选择
移相软开关电路拓扑和工作方式如图 2 所示。 与硬开关电路拓扑的区别在于：逆变主变压器的一 次侧增加谐振电感，使用负载特性时不会导致输出 电压波形的畸变。
included hard-switch，phase shift and ZVZCS circuit topology．According to analysis，choose IGBT＇s rating parameters．That is important to design gate voltage and overcome the Miller effect，to ensure that IGBT＇s high reliability in application process．
逆变技术对 IGBT 的参数要求并不是一成不变 的，逆变技术已从硬开关技术、移相软开关技术发 展到双零软开关技术，各技术之间存在相辅相成的 纽带关系，同时具有各自的应用电路要求特点，因 而，对开关器件的 IGBT 的要求各不相同。而 IGBT 正 确选择与使用尤为重要。
收 稿 日 期 ：2010－06－23；修 回 日 期 ：2011－03－08 作 者 简 介：于 明(1979—)，男，黑龙江齐齐哈尔人，工程师，
为了降低 Miller 效应的影响，在 IGBT 栅驱动电 路中采用改进措施：(1)开通和关断采用不同栅电阻 Rg，on 和 Rg，off，确保 IGBT 的有效开通和关断如图 6 所 示；(2)栅源间加电容 C，对 Miller 效应产生的电压 进行能量泄放，如图 7 所示；(3)关断时加负栅压 U， 如图 8 所示。在实际设计中，采用三者合理组合，对
参考文献：
[1] 阮新波，严仰光．脉宽调制 DC／DC 全桥变换器的软开关 技术[M]．北京：科学出版社，1999．
三相 380 V 输入电压经过整流和滤波后，直流 母线电压的最大值
姨 2 ×380 V≈537 V 硬开关工作的情况下，IGBT 的额定电压一般 要求高于直流母线电压的两倍，而软开关的工作条 件下，额定电压值可以降低一些，可以选额定电压 值 1 200 V。
3 IGBT 额定电流的选择
逆变焊机的输出电流 400 A，逆变主变压器变比 K＝37／5，变压器一次侧的平均电流为
Key words：IGBT；inverter topology；gate voltage；miller effect
0 前言
在逆变焊机领域，IGBT 是目前使用的主流开 关器件，也在逆变结构中起核心作用，随着科学技 术的发展，IGBT 在应用领域的占有量也与日巨增。 采用 IGBT 进行功率变换，能够提高用电效率，改善 用电质量。新型 IGBT 逆变技术是推动我国低碳经 济发展战略的突破口，新型逆变技术取代传统变 压 器 技 术 ，能 缓 解 能 源 、资 源 和 环 境 等 方 面 的 压 力，加快转变经济增长方式，促进信息化带动工业 化发展，提高国家经济安全性，起着重要作用，因 此，IGBT 在逆变焊机中的正确选择与使用，有着 举足轻重的作用。
Electric Welding Machine ·15·
焊接设备
第 41 卷
400 A／K＝54 A 选择 IGBT 时，额定电流 IC＝100 A，考虑增强引 弧和推力功能，最大值为 500 A。变压器一次侧电流 为 500 A／K＝67．6 A，这也是 IGBT 中流过的最大电 流 ICPULSE，而且维持时间小于 1 ms，使用时考虑两倍 的余量，可以选用的 IGBT 额定 ICPULSE＞150 A。
图 5 Miller 效应
改进 Miller 效应的效果更佳。
图 6 开通和关断采用不同栅电阻
图 7 栅源间加电容
图 4 IGBT 栅驱动示意
在桥式电路和大功率应用情况下，为了避免干 扰，在 IGBT 关断时，栅极加负电压，一般在－5～－15 V， 保证 IGBT 的关断，避免 Miller 效应影响。
和双零软开关电路拓扑中 IGBT 的应用特点，根据其特点选择合适额定电压、额定电流和开关参数。以及
优化设计栅电压，克服 Miller 效应的影响，确保在 IGBT 应用过程中的可靠性。
关键词：IGBT；逆变拓扑结构；栅电压；Miller 效应
中图分类号：TG434．1
文献标识码：B
文章编号：10 01－2303(2011)05－0014－03
1．3 双零软开关电路拓扑和 IGBT 的选择
双零软开关电路拓扑和 IGBT 的选择如图 3 所 示。在 AB 段串入饱和电感 Ls 和阻断电容 C，IGBT1 和 IGBT4 同时开通，不同时关断，IGBT2 和 IGBT3 也 是如此。根据双零软开关电路拓扑的特点，零电压开 通和零电流关断，IGBT 的开关损耗非常小，因此，在 IGBT 的损耗组成中，通态损耗所占比例较大，在选 在 IGBT 时，选择低通态型 IGBT 为佳[1]。
·16· Electric Welding Machine
图 8 关断时加负栅压
5 结论
(1)IGBT 是逆变焊机领域主要使用的功率开关 器件，也是逆变焊机工作的主要器件，合理选择 IGBT 是保证其可靠工作的前提，同时，要根据电路结构 的特点，选择低通态型或者快速型 IGBT。
(2)根据 IGBT 的栅特性。合理设计栅驱动结构， 保证 IGBT 有效的开通和关断，降低 Miller 效应的 影响。
图 1 硬开关电路拓扑和工作方式
图 2 移相软开关电路拓扑和工作方式
不同时导通，若 IGBT1 先导通，则 IGBT4 后导通，两 者间存在一定的相位角，同组 IGBT 的开通和关断 存在一定的相位。因此，IGBT 的开关损耗小，但是
图 3 双零软开关电路拓扑和 IGBT 的选择
2 IGBT 额定电压的选择
Effective application and selection of IGBT in welding inverter
YU Ming (MacMic Science ＆ Technology Co．，Ltd．，Changzhou 213022，China)
Abstract：Based on the chief parameter section of IGBT in the welding inverter，some application characteristics were analyzed，that
4．2 Miller 效应
Miller 效应电路如图 5 所示。图 5 中 IGBT1 导通 时，IGBT2 两端的电压产生突变，高 du／dt 通过 Miller 电容将产生一个电流，如果该电流在 IGBT2 的栅 极产生的电压超过 IGBT2 的阈值电压，则 IGBT2 导 通，导致桥臂直通，这种现象在高温条件下尤为突 出。
第 41 卷 第 5 期 2011 年 5 月
Electric Welding Machine
Vol．41 No．5 May 2011
IGBT 在逆变焊机中的正确选择和使用
ຫໍສະໝຸດ Baidu
于明
(江苏宏微科技有限公司，江苏 常州 213022)
摘要：研究了逆变焊机中核心开关器件 IGBT 主要参数的选择，分析逆变硬开关电路拓扑，移相软开关
4 影响 IGBT 可靠性因素
4．1 栅电压
IGBT 栅驱动示意如图 4 所示。IGBT 工作时，必 须有正向栅电压，常用的栅驱动电压值 15～18 V，最 高用到 20 V，而栅电压与栅极电阻 Rg 有很大关系， 在设计 IGBT 驱动电路时，参考 IGBT Datasheet 中 的额定 Rg 值，设计合适驱动参数，保证合理正向栅 电压。因为 IGBT 的工作状态与正向栅电压有很大 关系，正向栅电压越高，开通损耗越小，正向压降也 略小。
在工作方式中，IGBT1 和 IGBT2 轮流导通，各导通 180°，IGBT3 和 IGBT4 也是如此，但 IGBT1 和 IGBT4
焊接设备
于 明：IGBT 在逆变焊机中的正确选择和使用
第5期
导通损耗大，且 IGBT 续流二极管的工作时间长，选 择 IGBT 时选择低通态型 IGBT，而且要求续流二极 管的通流能力强。
·14· Electric Welding Machine
1 典型逆变电路拓扑
1．1 硬开关电路拓扑和 IGBT 的选择
硬开关电路拓扑和工作方式如图 1 所示。UDC 为直流母线电压，IGBT1～IGBT4 为功率器件 IGBT， R1～R4 与 C1～C4 对应串联组成 IGBT1～IGBT4 的 RC 吸收网络，TX1 为逆变中频变压器，VD1 和 VD2 为输 出全波整流二极管 FRED，R5、R6 与 C5、C6 对应串联 组成 VD1 和 VD2 的吸收网络，L 为输出滤波电感，R 为输出等效阻抗。
根据硬开关电路的工作方式，IGBT1 和 IGBT4 同时开通和关断，IGBT2 和 IGBT3 同时开通和关断， 产生开关损耗，在损耗的组成中，关断损耗所占比 例更大。因此选择 IGBT 时，选择快速型 IGBT，尤其 关断时间较短者为佳。
1．2 移相软开关电路拓扑和 IGBT 的选择
移相软开关电路拓扑和工作方式如图 2 所示。 与硬开关电路拓扑的区别在于：逆变主变压器的一 次侧增加谐振电感，使用负载特性时不会导致输出 电压波形的畸变。
included hard-switch，phase shift and ZVZCS circuit topology．According to analysis，choose IGBT＇s rating parameters．That is important to design gate voltage and overcome the Miller effect，to ensure that IGBT＇s high reliability in application process．
逆变技术对 IGBT 的参数要求并不是一成不变 的，逆变技术已从硬开关技术、移相软开关技术发 展到双零软开关技术，各技术之间存在相辅相成的 纽带关系，同时具有各自的应用电路要求特点，因 而，对开关器件的 IGBT 的要求各不相同。而 IGBT 正 确选择与使用尤为重要。
收 稿 日 期 ：2010－06－23；修 回 日 期 ：2011－03－08 作 者 简 介：于 明(1979—)，男，黑龙江齐齐哈尔人，工程师，
为了降低 Miller 效应的影响，在 IGBT 栅驱动电 路中采用改进措施：(1)开通和关断采用不同栅电阻 Rg，on 和 Rg，off，确保 IGBT 的有效开通和关断如图 6 所 示；(2)栅源间加电容 C，对 Miller 效应产生的电压 进行能量泄放，如图 7 所示；(3)关断时加负栅压 U， 如图 8 所示。在实际设计中，采用三者合理组合，对
参考文献：
[1] 阮新波，严仰光．脉宽调制 DC／DC 全桥变换器的软开关 技术[M]．北京：科学出版社，1999．
三相 380 V 输入电压经过整流和滤波后，直流 母线电压的最大值
姨 2 ×380 V≈537 V 硬开关工作的情况下，IGBT 的额定电压一般 要求高于直流母线电压的两倍，而软开关的工作条 件下，额定电压值可以降低一些，可以选额定电压 值 1 200 V。
3 IGBT 额定电流的选择
逆变焊机的输出电流 400 A，逆变主变压器变比 K＝37／5，变压器一次侧的平均电流为
Key words：IGBT；inverter topology；gate voltage；miller effect
0 前言
在逆变焊机领域，IGBT 是目前使用的主流开 关器件，也在逆变结构中起核心作用，随着科学技 术的发展，IGBT 在应用领域的占有量也与日巨增。 采用 IGBT 进行功率变换，能够提高用电效率，改善 用电质量。新型 IGBT 逆变技术是推动我国低碳经 济发展战略的突破口，新型逆变技术取代传统变 压 器 技 术 ，能 缓 解 能 源 、资 源 和 环 境 等 方 面 的 压 力，加快转变经济增长方式，促进信息化带动工业 化发展，提高国家经济安全性，起着重要作用，因 此，IGBT 在逆变焊机中的正确选择与使用，有着 举足轻重的作用。
Electric Welding Machine ·15·
焊接设备
第 41 卷
400 A／K＝54 A 选择 IGBT 时，额定电流 IC＝100 A，考虑增强引 弧和推力功能，最大值为 500 A。变压器一次侧电流 为 500 A／K＝67．6 A，这也是 IGBT 中流过的最大电 流 ICPULSE，而且维持时间小于 1 ms，使用时考虑两倍 的余量，可以选用的 IGBT 额定 ICPULSE＞150 A。
图 5 Miller 效应
改进 Miller 效应的效果更佳。
图 6 开通和关断采用不同栅电阻
图 7 栅源间加电容
图 4 IGBT 栅驱动示意
在桥式电路和大功率应用情况下，为了避免干 扰，在 IGBT 关断时，栅极加负电压，一般在－5～－15 V， 保证 IGBT 的关断，避免 Miller 效应影响。
和双零软开关电路拓扑中 IGBT 的应用特点，根据其特点选择合适额定电压、额定电流和开关参数。以及
优化设计栅电压，克服 Miller 效应的影响，确保在 IGBT 应用过程中的可靠性。
关键词：IGBT；逆变拓扑结构；栅电压；Miller 效应
中图分类号：TG434．1
文献标识码：B
文章编号：10 01－2303(2011)05－0014－03
1．3 双零软开关电路拓扑和 IGBT 的选择
双零软开关电路拓扑和 IGBT 的选择如图 3 所 示。在 AB 段串入饱和电感 Ls 和阻断电容 C，IGBT1 和 IGBT4 同时开通，不同时关断，IGBT2 和 IGBT3 也 是如此。根据双零软开关电路拓扑的特点，零电压开 通和零电流关断，IGBT 的开关损耗非常小，因此，在 IGBT 的损耗组成中，通态损耗所占比例较大，在选 在 IGBT 时，选择低通态型 IGBT 为佳[1]。
·16· Electric Welding Machine
图 8 关断时加负栅压
5 结论
(1)IGBT 是逆变焊机领域主要使用的功率开关 器件，也是逆变焊机工作的主要器件，合理选择 IGBT 是保证其可靠工作的前提，同时，要根据电路结构 的特点，选择低通态型或者快速型 IGBT。
(2)根据 IGBT 的栅特性。合理设计栅驱动结构， 保证 IGBT 有效的开通和关断，降低 Miller 效应的 影响。
图 1 硬开关电路拓扑和工作方式
图 2 移相软开关电路拓扑和工作方式
不同时导通，若 IGBT1 先导通，则 IGBT4 后导通，两 者间存在一定的相位角，同组 IGBT 的开通和关断 存在一定的相位。因此，IGBT 的开关损耗小，但是
图 3 双零软开关电路拓扑和 IGBT 的选择
2 IGBT 额定电压的选择
Effective application and selection of IGBT in welding inverter
YU Ming (MacMic Science ＆ Technology Co．，Ltd．，Changzhou 213022，China)
Abstract：Based on the chief parameter section of IGBT in the welding inverter，some application characteristics were analyzed，that
4．2 Miller 效应
Miller 效应电路如图 5 所示。图 5 中 IGBT1 导通 时，IGBT2 两端的电压产生突变，高 du／dt 通过 Miller 电容将产生一个电流，如果该电流在 IGBT2 的栅 极产生的电压超过 IGBT2 的阈值电压，则 IGBT2 导 通，导致桥臂直通，这种现象在高温条件下尤为突 出。
第 41 卷 第 5 期 2011 年 5 月
Electric Welding Machine
Vol．41 No．5 May 2011
IGBT 在逆变焊机中的正确选择和使用
ຫໍສະໝຸດ Baidu
于明
(江苏宏微科技有限公司，江苏 常州 213022)
摘要：研究了逆变焊机中核心开关器件 IGBT 主要参数的选择，分析逆变硬开关电路拓扑，移相软开关
4 影响 IGBT 可靠性因素
4．1 栅电压
IGBT 栅驱动示意如图 4 所示。IGBT 工作时，必 须有正向栅电压，常用的栅驱动电压值 15～18 V，最 高用到 20 V，而栅电压与栅极电阻 Rg 有很大关系， 在设计 IGBT 驱动电路时，参考 IGBT Datasheet 中 的额定 Rg 值，设计合适驱动参数，保证合理正向栅 电压。因为 IGBT 的工作状态与正向栅电压有很大 关系，正向栅电压越高，开通损耗越小，正向压降也 略小。
在工作方式中，IGBT1 和 IGBT2 轮流导通，各导通 180°，IGBT3 和 IGBT4 也是如此，但 IGBT1 和 IGBT4
焊接设备
于 明：IGBT 在逆变焊机中的正确选择和使用
第5期
导通损耗大，且 IGBT 续流二极管的工作时间长，选 择 IGBT 时选择低通态型 IGBT，而且要求续流二极 管的通流能力强。