1. Компоненти IR для push-pull-інверторів зварювальних апаратів
2. Компоненти IR для мостових інверторів зварювальних апаратів
3. Компоненти IR для побудови ККМ зварювальних апаратів
4. висновок
5. література
6. Про компанію Int. Rectifier

Інверторний джерело живлення дозволяє досягати високої якості регулювання вихідних параметрів зварювальних апаратів, має малі габарити і масу. Компанія International Rectifier надає широкий вибір силових IGBT-транзисторів і драйверів для інверторів різних топологій. Крім того, компанія пропонує компоненти для побудови необхідного в даному випадку ККМ.

Зварювання є одним з найбільш популярних способів конструктивного з'єднання матеріалів. Її застосовують в абсолютно різних областях: від будівництва будівель та авіації - до мікроскопічної зварювання в мікроелектроніці і ювелірної галузі.

Для кожної з перерахованих областей характерні свої вимоги до типів використовуваних матеріалів, якості зварювання, вартості її виконання, рівнем автоматизації. Це призвело до появи різних технологій, таких як ручна дугова зварка плавиться (manual metal arc, ММА), ручне зварювання в середовищі захисних газів (tungsten inert gas, TIG), напівавтоматичне зварювання в середовищі інертних (metal inertgas, MIG) або активних газів (metal active gas, MAG), плазмова зварювання, контактне і так далі.

Кожен з перелічених видів зварювання вимагає потужного джерела живлення, який виконує наступні функції: перетворює мережеве змінну напругу в постійне або змінну напругу і струм необхідної величини, здійснює регулювання вихідних параметрів струму і напруги, контролює виникнення аварійних ситуацій, виконує додаткові функції (плавний запуск і тому подібне).

Існує кілька типів джерел живлення зварювальних апаратів, що працюють від двох-або трифазних мереж:

• трансформаторний;
• трансформаторний з випрямлячем;
• інверторний.

Трансформаторний тип має на увазі використання мережевого трансформатора для перетворення напруги до необхідного рівня. Регулювання вихідних значень струму може проводитися за допомогою зміни зазору між обмотками трансформатора. При цьому вихідний струм має змінну форму. Даний тип апаратів є найбільш надійним, але в той же час громіздким, і не може забезпечити високий рівень якості зварювання.

Випрямний тип відрізняється від трансформаторного наявністю вихідного випрямного блоку. В даному випадку зварювальний струм виявляється постійним. Це призводить до поліпшення якості зварювального шва. Однак недоліки, вага і габаритність, зберігаються.

Інверторний тип є найбільш сучасним джерелом струму для зварювальних апаратів. За останні п'ятнадцять років характеристикивикористовуваних в таких джерелах напівпровідникових елементів, їх якість і надійність значно зросли. Інверторні ІП дозволяють досягти високої якості регулювання параметрів зварного струму, отримати високостабільні параметри, поліпшити масогабаритні характеристики.

Структура блоку живлення інверторного зварювального апарату складається з декількох основних складових: вхідного випрямляча, коректора коефіцієнта потужності, інвертора, ВЧ-трансформатора, системи управління (рисунок 1). Якщо потрібне отримання постійного вихідного струму, в структуру легко може бути доданий вихідний випрямляч. Система управління формує ШІМ-сигнал для силових ключів, обробляє сигнали зворотного зв'язку від навантаження, здійснює взаємодію з оператором, виявляє виникнення аварійних ситуацій і так далі.

Мал. 1. Структура инверторного зварювального апарату

Головним елементом представленої структури є інвертор. Він може бути виконаний з будь-якої з існуючих інверторних схем: бруківці, полумостовой, Push-pull і інших.

Компанія International Rectifier пропонує всі необхідні компоненти для побудови високоефективних і надійних інверторів на базі найбільш популярних схем: бруківці і Push-pull. Кожна зі схем має свої переваги і особливості.

Компоненти IR для push-pull-інверторів зварювальних апаратів

Топологія Push-pull довгий час була основною при побудові інверторів для зварювальних апаратів. Її відрізняють дуже важливі переваги (малюнок 2): потреба всього в двох силових ключах, простота системи управління (керуюча напруга формується щодо загальної шини і не вимагає зміщення), потенційна можливість зниження вартості за рахунок малого числа компонентів. Дана схема дозволяє отримувати як постійний, так і змінний вихідний струм.

Мал. 2. Спрощена схема Push-pull-інвертора

Компанія IR пропонує IGBT для реалізації різних схем інверторів. Серед пропонованих IGBT можна вибрати найбільш оптимальні для кожного конкретного випадку. Це можливо завдяки наявності транзисторів з різними характеристиками (таблиця 1):

• з малими втратами на перемикання, оптимизирования для роботи з високими робочими частотами (до 30 кГц);
• низькочастотних, що мають мінімальні втрати у включеному стані з низькою напругою «колектор-емітер» від 1,46 В (Low VCE (on));
• зі стійкістю до короткого замикання до 10 мкс (індекс K10);
• зі стійкістю до короткого замикання до 5 мкс (індекс K);
• з вбудованим зворотним діодом (індекс D).

Таблиця 1. IGBT-транзистори для инверторного каскаду зварювального апарату

Найменування Напруга, В Покоління Струм IC
при 100 ° C, A VCE (on) тип, В Частота
комутації, кГц Корпус IRGB10B60KD 600 Gen5 12 1,80 8 ... 30 TO-220AB IRGB15B60KD 15 TO-220AB IRGP30B60KD-E 30 1,95 TO-247 IRGB4615D Gen6 15 1,55 TO-220AB IRGB4620D 20 TO-220AB IRGP4620D TO-247 IRGB4062D 24 1,60 TO-220AB IRGP4062D TO-247 IRGP6630D 30 1,65 TO-247 IRGP4640D 40 1,60 Low VCE (on) TO-247 IRGP4063D 48 1,65 8 ... 30 TO-247 IRGP4068D TO-247 IRGP4069D 50 1,60 TO-247 IRGP4078D 1,90 Low VCE (on) TO-247 IRGP4650D 1,60 TO-247 IRGP6650D 1,65 8 ... 30 TO-247 IRGP4063D1 60 TO-247 IRGP4660D 1,60 Low VCE (on) TO-247 IRGP6660D 1,65 8 ... 30 TO-247 IRGP4066D 90 1,70 TO-247 IRGP6690D 1,65 TO-247 IRGPS4067D 160 1,70 Super 247 (TO-274AA) IRGP4262D 650 Gen6 40 Low VCE (on) TO-247 IRGP4266D 90 TO-247 IRGB5B120KD 1200 Gen5 6 2,75 8 ... 30 TO-220AB IRGP20B120UD-E 20 3,05 TO-247 IRGP20B120U-E TO-247 IRGP30B120KD-E 30 2,46 TO-247 IRGPS40B120U 40 3,12 Super 247 (TO-274AA) IRGPS40B120UD Super 247 (TO-274AA) IRGPS60B120KD 60 2,50 TO-274AA IRG7PH30K10D Gen7 16 2,05 TO-247 IRG7PH30K10 23 TO-247 IRG7PH35UD 25 1,90 TO-247 IRG7PH37K10D TO-247 IRG7PH35U 35 TO-247 IRG7PH44K10D 40 TO-247 IRG7PH42UD 45 1,70 TO-247 IRG7PH50K10D 50 1,90 TO-247 IRG7PH46UD 57 1,70 TO-247 IRG7PH42U 60 TO-247 IRG7PSH54K10D 65 1,90 Super 247 (TO274AA) IRG7PSH50UD 70 1,70 Super 247 (TO-274AA) IRG7PH46U 75 TO-247 IRG7PH50U 90 TO-247

Серед представлених транзисторів хочеться окремо виділити досить нову серію IRGx46xxD, яка, володіючи характеристиками не нижче, ніж у «класичної» серії IRGx40xxD, є більш привабливою за ціною (застосування нових технологій дозволило знизити собівартість виробництва транзисторів). Також окрему увагу заслуговує одна з новітніх серій IGBT - IRGP66xxD, що поєднує в собі низькі втрати на провідність і перемикання і розроблена компанією спеціально для зварювальної техніки.

Як було сказано вище, одним з переваг топології Push-pull є простота управління ключами. Для цих цілей компанія International Rectifier пропонує двоканальні драйвери в компактних корпусах SOIC-8 і DIP-8 (таблиця 2).

Таблиця 2. Драйвери нижнього плеча для Push-pull-інверторів

Найменування Топологія Інвертовані
входи Напруга, В Вихідний струм, Io +, мА Вихідний струм, Io-, мА Корпус IR25600 Два нижніх ключа - 25 2300 3300 SOIC-8, DIP-8 IR4426 INA, INB IR4427 - IRS4426S INA, INB SOIC-8 IRS44262S IRS4427S - IRS4428S INA

Варто звернути увагу на деякі особливості Push-pull-схеми: більш складний трансформатор, робота ключів в більш жорсткому режимі (більше робоча напруга, великі викиди напруги). Крім того, наявність всього двох плечей управління обмежує діапазон регулювання вихідного струму. Більш якісне регулювання дозволяє отримати бруківка схема.

Компоненти IR для мостових інверторів зварювальних апаратів

Мостова схема в порівнянні з Push-pull має більше число силових ключів і компонентів управління (рисунок 3), що призводить до подорожчання схеми в цілому. Однак в більшості випадків це компенсується поліпшенням якості регулювання.

Мал. 3. Спрощена схема мостового інвертора

Важливо відзначити, що для побудови схем по обидва топологиям компанія International Rectifier пропонує використовувати однакові ключі (таблиця 1). При цьому в мостовій схемі силові ключі працюють в більш комфортних умовах (менші робоча напруга і кидки напруги).

Ускладнення схеми управління в разі бруківки топології нівелюється наявністю готових драйверів напівмоста і верхнього і нижнього плечей (таблиця 3). Драйвери мають вбудовану схему зміщення і доступні в малогабаритних SOIC- і DIP-корпусах.

Таблиця 3. Драйвери IGBT для мостових інверторів

Найменування U, В Топологія Вихідний струм, Io +, мА Вихідний струм, Io-, мА Поділ силовий і сигнальної земель Корпус IR25604 600 Верхній і нижній ключ 200 350 Немає SOIC-8 IRS2301 200 350 Немає SOIC-8, DIP-8 IRS2302 200 350 Немає SOIC-8, DIP-8 IRS26072DS 200 350 Немає SOIC-8, DIP-8 IRS2607DS 200 350 Немає SOIC-8, DIP-8 IRS2101 290 600 Немає SOIC-8, DIP-8 IRS2106 290 600 Немає SOIC-8, DIP-8 IRS21064 290 600 Немає SOIC-14, DIP-14 IRS2112 290 600 Немає SOIC-14, DIP-14, DIP16 IRS2181 1900 2300 Немає SOIC-8, DIP-8 IRS21814 1900 2300 Немає SOIC-14, DIP-14 IRS21814M 1900 2300 Немає PQFN 4 x 4 IR25607 2500 2500 Немає SOIC-8 IRS2113 2500 2500 Немає SOIC-14, DIP-14, DIP16 IRS2113M 2500 2500 Немає PQFN 4 x 4 IRS2186 4000 4000 Немає SOIC-8, DIP-8 IRS21864 4000 4000 Немає SOIC-14, DIP-14 IRS21867 4000 4000 Немає SOIC-8 IR25601 Напівміст 120 260 Немає SOIC-8, DIP-8 IRS2304 120 600 Немає SOIC-8, DIP-8 IR25603 180 260 Немає SOIC-8, DIP-8 IR25606 200 350 Немає SOIC-8 IRS2608DS 200 350 Немає SOIC-8, DIP-8 IR25602 210 360 Немає SOIC-8 IRS2103 290 600 Немає SOIC-8, DIP-8 IRS2104 290 600 Немає SOIC-8, DIP-8 IRS2108 290 600 Немає SOIC-8, DIP-8 IRS21084 290 600 Немає SOIC-14, DIP-14 IRS2109 290 600 Немає SOIC-8, DIP-8 IRS21091 290 600 Немає SOIC-8, DIP-8 IRS21094 290 600 Немає SOIC-14, DIP-14 IRS2111 290 600 Немає SOIC-8, DIP-8 IRS2308 290 600 Немає SOIC-8, DIP-8 IRS2183 1900 2300 Немає SOIC-8, DIP-8 IRS2184 1900 2300 Так SOIC-8, DIP-8 IRS21844 1900 2300 Так SOIC-14, DIP-14 IRS21844M 1900 2300 Так PQFN 4 x 4 IR2213 1200 Верхній і нижній ключ 1700 2000 Так SOIC-16, DIP-14 IR2214SS Напівміст 1000 1500 Так SSOP-24

Побутовий, а тим більше промисловий, зварювальний апарат є потужним споживачем і потужним джерелом перешкод. Для таких приладів встановлюються вимоги за величиною коефіцієнта потужності і рівню емісії гармонійних складових струму. IR пропонує всі необхідні компоненти для побудови коректорів коефіцієнта потужності (ККП).

Компоненти IR для побудови ККМ зварювальних апаратів

Головним завданням побудови коректорів коефіцієнта потужності є компенсація фазових зрушень між споживаним напругою і струмом при збереженні їх синусоїдальних форм. У цьому випадку джерело живлення зварювального апарату, з точки зору мережі, повинен якомога більше схожим на активний опір. Така компенсація є обов'язковою і встановлюється вимогами ГОСТів (наприклад, ГОСТ Р 51317. 3.2-99 (МЕК 61000-3-2-95)).

International Rectifier пропонує широкий вибір як контролерів ККМ, так і оптимізованих для цієї мети IGBT.

Контролери ККМ доступні в малогабаритних корпусах SOIC-8 і DIP-8 (таблиця 4). IRS2505L випускається в мініатюрному корпусі SOT-23-5. Важливими перевагами даних контролерів є широкий діапазон напруг живлення (до 22 В), великі вихідні струми (пікові значення - до 1,5 А), наявність захисних функцій.

Таблиця 4. Котроллер ККМ від International Rectifier

Найменування Корпус Напруга харчування, VCC, В Вихідний
піковий струм, А Робітники
частоти, кГц Захист від перенапруги, OVP Захист від падіння вхідної напруги, BOP IR1150 DIP8 13 ... 22 +/- 1,5 50 ... 200 - - IR1150S SOIC-8 13 ... 22 +/- 1,5 50 ... 200 - - IR1152S SOIC-8 +14 ... 17 +/- 0,75 66 Подвійна + IR1153S SOIC-8 +14 ... 17 +/- 0,75 22 + + IR1155S SOIC-8 12 ... 20 +/- 1,5 48 ... 200 + - IRS2500S SOIC-8 12,5 ... 20 +/- 0,5 20 ... 800 + - IRS2505L SOT-23-5 12 ... 20 + 0,05 / -0,045 Мінлива + +

Транзистори, використовувані для ККМ, повинні володіти високою швидкодією, щоб встигати відпрацьовувати виникають зміщення струму і напруги. Також вони повинні бути стійкі до перенапряжениям і зберігати працездатність при найжорсткіших умовах перемикань. Всім цим вимогам відповідають відповідні IGBT від International Rectifier (таблиця 5).

Таблиця 5. IGBT-транзистори для ККМ від IR

Найменування Напруга, В Струм IC при 100 ° C, A VCE (on) тип., В Частота
комутації, кГц Корпус IRG4IBC20W 600 6 2,16 30 ... 150 TO-220 FullPak IRG4BC20U 6,5 1,85 8 ... 30 TO-220AB IRG4BC20W 2,16 30 ... 150 TO-220AB IRG4BC20W-S D2-Pak IRG4IBC30W 8,4 2,10 TO-220 FullPak IRGR4610D 10 1,70 8 ... 30 D-Pak IRG4BC30U 12 1,95 TO-220AB IRG4BC30W 2,10 30 ... 150 TO-220AB IRG4BC30W-S D2-Pak IRG4PC30U 1,95 8 ... 30 TO-247 IRG4PC30W 2,10 30 ... 150 TO-247 IRGS4615D 15 1,55 8 ... 30 D2-Pak IRGB4061D 18 1,65 TO-220AB IRGS8B60K 19 1,80 D2-Pak IRG4BC40U 20 1,72 TO-220AB IRG4BC40W 2,05 30 ... 150 TO-220AB IRG4BC40WL TO-262 IRG4BC40WS 2,05 D2-Pak IRG4PC40U 1,72 8 ... 30 TO-247 IRGB4620D 1,55 TO-220AB IRGP4620D TO-247 IRGB20B60PD1 22 2,50 30 ... 150 TO-220AB IRGP20B60PD TO-247 IRGB4062D 24 1,60 8 ... 30 TO-220AB IRGS4062D D2-Pak IRGSL4062D TO-262 IRGP35B60PD 34 2,25 30 ... 150 TO-247 IRGP4640D 40 1,60 8 ... 30 (Low VCE (on)) TO-247 IRGP50B60PD 42 2,00 30 ... 150 TO-247 IRGP4078D 50 1,90 8 ... 30 (Low VCE (on)) TO-247 IRGP4650D 1,60 TO-247 IRGP4660D 60 TO-247 IRGP4266D 650 90 1,70 TO-247 IRG4PF50WD 900 28 2,25 30 ... 150 TO-247 IRG7PH46U 1200 75 1,70 8 ... 30 TO-247

висновок

Компанія International Rectifier пропонує всі необхідні базові компоненти для створення джерел живлення для інверторних зварювальних апаратів. Серед пропозицій компанії варто відзначити:

• потужні IGBT для основного каскаду інвертора, здатні працювати при частотах до 30 кГц і витримувати жорсткі умови перемикань, в тому числі - в топології Push-pull;
• двоканальні драйвери IGBT нижнього плеча для топології Push-pull;
• двоканальні драйвери IGBT напівмоста і верхнього і нижнього плеча для бруківки топології;
• контролери ККМ з широким діапазоном живлячих напруг і високим рівнем захисту;
• надшвидкодіючі IGBT, призначені для жорстких умов роботи в складі ККМ.

література

1. David G.Morrison. Semiconductors Spark Advances In Welding Power. Electronic Design, 2001;
2. A. Roccaro, R. Filippo, M. Salato. AN-1045. AC TIG Welding: Output Inverter Design Basics. International Rectifier, 2003;
3. http://www.irf.com/.

Отримання технічної інформації , замовлення зразків , замовлення і доставка .

Про компанію Int. Rectifier

У 2015 році компанія Infineon придбала компанію International Rectifier, тим самим значно посиливши свої лідируючі позиції в області силової електроніки. ...Читати далі