导言
低本钱便携式焊机需求日益增长，尤其在发展中国家更是如此。分立式IGBT和MOSFET广泛应用于功率规模在 1.5kW至6kW的手动金属电弧焊(MMA)和钨极惰性气体维护焊(TIG)。这些焊机首要选用电流形式PWM操控和简略的技能，例如双管正激(TTF)、半桥(HB)式和全桥(FB)式，一般注册选用零电流开关（ZCS）且关断选用硬开关。关于这些装备，为了进步功用和下降体系本钱，高频率是最重要的规划趋势之一。因为关断损耗大大削减，英飞凌的TRENCHSTOP 5 IGBT技能成为最有远景的挑选，因为彻底有才能满意焊机强壮的技能要求。
相关于前代IGBT，TRENCHSTOP 5 IGBT进步了功用，且可以在高开关频率下作业。一起还适用于在恰当的布局中直接替换开关频率达100kHz的传统高电压MOSFET。在较高的开关频率下作业可以削减磁性元件的尺度和电容器的数量。可是，因为较高的di/dt和dv/dt或许引发关断时高压过冲、导通时振动或EMI数据降级等问题，旧款 IGBT并不总能找到简略的“即插即用”替代品。
改善半桥拓扑结构
关断损耗大幅度削减或许导致转换器初级侧产生巨大的组织改变，然后简化了组织解决计划。这乃至会导致 PCB布局和栅极驱动器规划的进一步改善。因而，可以显着削减机器的尺度和分量。图1显现了为此规划的焊机演示产品。这是一个单相4.5kW半桥MMA/TIG焊机。因为电源环路和单回路的布局均得到恰当的改善，在这种情况下，可在每个开关顶用一个IKW50N65H5 TRENCHSTOP 5 IGBT替代两个40A/600V IGBT。
此外，因为开关和导通损耗下降，器材温度也显着下降，乃至可以运用绝缘箔片。图2显现了英飞凌IGBT不同技能的外壳温度概括。从图中可以看到不同技能的外壳温度之间存在显着差异。尤其是TRENCHSTOP 5，外壳温度比曾经的TRENCHSTOP硅低了40K。
进行的测验用于确定将关断时电压过冲坚持在击穿电压80%以内的栅极电阻RG(off)，然后将集电极－发射极电压约束在最大值VCE=520V。电路板的杂散电感越低，为满意限值所能挑选的RG(off) 就越低。该测验一起考虑了最大集电极－发射极电压的振动。事实上，本测验在低于200ns时的可接受值是-25V
或许，可经过调整无源栅极网络在未经优化的布局中运用TRENCHSTOP 5。在这种情况下，经过引入关断大栅电阻和CGE/RCE栅极拑位结构，可再次将VCE与VGE过冲坚持在可接受值的规模内。可是，这样做会显着削减运用 TRENCHSTOP 5 IGBT带来的优点。由此也突显出恰当布局的重要性。
若要进一步削减电源板的杂散电感，可以在绝缘衬底的外表贴装拼装中运用TRENCHSTOP 5 IGBT技能。这样得到的是更紧凑的解决计划，即高压侧和低压侧共用一个散热区。因而，比如IMS或Al2O3陶瓷等特别的IGBT绝缘需求额定的加强绝缘。引入的这些技能改变导致整个机器的尺度和分量完成大幅度削减。图3是一个实例。在图中，新的规划使半桥MMA焊机演示产品比曾经的演示产品尺度削减了35%，分量削减了15%。
这种理念使得全体杂散电感可以到达40nH，假如选用不同的封装拼装组合和全桥拓扑结构规划，则还可以进一步削减20nH。杂散电感的下降可使体系在超越100kHz的开关频率下作业，这意味着可以运用单个散热区进步功率密度并下降变压器尺度，一起确保所需的直流母线电容器数量。
改善全桥拓扑结构
图4显现了另一个规划实例——3.5kW全桥高频率焊机。图中实例的规划意图是显现用全桥拓扑结构的 TRENCHSTOP 5替换传统的MOSFET，然后完成更低的本钱、更佳的可制作性以及更高的可靠性。
TRENCHSTOP 5 IGBT技能的低关断损耗同样是新规划体系结构改善的要害促进要素。与MOSFET比较，有了这种功用再加上IGBT更高的载流才能，即可运用1个IGBT设备替代3个传统的高压MOSFET。因为需求的设备较少，可轻松地将功率级和驱动级集成到较小的电路板上，以此替代电源板上的驱动板。与这种常见的办法比较，新办法所需的总电路板面积比曾经少了三分之一。并且，显着削减的电源环路寄生电感可以在较高的di/dt下关断 TRENCHSTOP 5，并将电压过冲坚持在主张的标准内。
开发这种演示产品是为了简化结构并进步功率密度。有了这种硬件，就可以显现怎么削减拼装进程的作业量，这可以显着进步可制作性然后完成批量生产并下降体系本钱。削减组件和布局优化意味着与商业解决计划比较，资料本钱可削减30%左右，尺度可削减30%并且分量可削减35%。
还进行了一次简略的基准测验，在100kHz时作业全桥电焊渠道，以查看其在高频率作业时的功用。测验规模是在坚持IGBT外壳与周围环境之间的相同温度动摇的一起，丈量最大输出电流。与此一起还监测体系功率和最大的集电极－发射极和栅极－发射极电压过冲。为了进行正确的比较，驱动设置始终坚持不变，直至体系不稳定或引发毛病。表1对测验成果进行了总结。
在100kHz的作业频率下，TRENCHSTOP 5表现出任何其他相似设备均无法到达的功用。H5 IGBT供给的输出电流比最好的替代品高出30%，供给的输出直流电流比排名第二好的计划高出70%，一起避免了滑润驱动波形所需的额定作业。
在焊机到达最大输出电流时，H5 IGBT表现出比任何其他挑选的功用高出1%至3%。这使得焊机可以完成更高的能效等级。
