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逆变焊机技术在在过去二十多年

更新时间:2019-06-08

  逆变焊机技术在在过去二十多年,经历了晶闸管,大功率晶体管,MOSFET场效应管,最终IGBT方案占据了主导地位,在单相手提式逆变焊机中,600V (650V) IGBT成为设计主流,各大焊机厂商也想方设法利用IGBT方案提高焊机功率密度,降低成本,减轻焊机重量。在单管IGBT中,尤其以TO-247封装650V单管产品为主流,各大厂商都推出了相应的适用于焊机应用的产品,其中英飞凌的上一代600V H3和T系列产品已经在焊机市场上占有很大的份额,英飞凌最新一代的TrenchstopTM 5系列产品中,H5(适合开关频率30-70KHz)和S5(适合开关频率15-40KHz)系列产品又在上一代600V IGBT芯片技术上进一步性能优化,设计也逐渐占据焊机市场主流。

  D2PAK贴片式封装的应用,在各种设计中也非常流行,非常适合大规模自动化生产。另外,由于是表贴式焊接,IGBT芯片到散热器的热阻Rthj-h比TO-247传统封装采用导热硅脂和散热器安装的方式Rthj-h要小很多。下图1是IMS(绝缘金属基板)的典型三层结构,由于在上下两层金属之间,已经包含有绝缘材料,兼具导热功能, 所以D2PAK用回流焊方式表贴焊接在IMS板上的散热要好很多,这样也能节省散热器的体积和重量,见图4。成本方面,同等电流的D2PAK封装比TO-247封装要便宜,另外由于其管脚短,杂散电感要比TO-247封装低得多

  下图2对比了IKB40N65EH5(D2PAK)和IKW40N65H5(TO-247)的关断电压波形.由于D2PAK封装杂散电感(5nH)要比TO-247封装(15nH)低得多,因此IKB40N65EH5在关断时候,电压过冲小了很多(VCE控制在500V之内),大大降低了关断过程中由于VCE电压过冲太高引起IGBT失效的风险。同时相比TO-247封装,开关损耗也降低了,进一步降低了散热器重量,提升了功率密度。

  英飞凌继650V TrenchstopTM 5 IGBT推出后,适时的把650V TrenchstopTM 5 IGBT芯片和Rapid1二极管封装在D2PAK中,是目前市场上功率密度最大的650V D2PAK产品。例如,带满电流续流二极管的产品,标称电流达到40A,不带续流二极管的单IGBT产品,标称电流最大达到50A。基于TrenchstopTM 5系列芯片封装在D2PAK中的新产品,在英飞凌工业半导体官方微信公众号上已经有过介绍(650V IGBT采用表面贴装D2PAK封装实现超大功率密度),这里就不再赘述,或者参考英飞凌官网链接:()

  下面介绍一种用40A/650V D2PAK封装产品(带满电流续流二极管)设计的160ADC MMA手提式单相焊机。

  图4. 利用40A/650V D2PAK (IKB40N65EH5)设计的半桥逆变功率部分(贴片安装在IMS板上),以及散热器尺寸

  英飞凌推出的基于650V TrenchstopTM5 IGBT技术封装在D2PAK中,是目前市面上电流等级最高的产品,带二极管封装,IGBT标称电流40A,不带二极管封装,IGBT标称电流达到50A。

  

  D2PAK封装相比于TO-247封装,杂散电感小, 开关损耗小,电压过冲低,价格便宜,表贴安装于IMS材料上,热阻低,易于自动化焊接生产,故障率低,可靠性高。非常适合做小巧,轻便,低价,高可靠性的单相手提式焊机。

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