МЕНЮ

 

  ПОИСК ПО САЙТУ

ЭЛЕКТРОННЫЕ КОМПОНЕНТЫ ДЛЯ РЕМОНТА И ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРОЧНЫХ АППАРАТОВ

    Инверторный источник питания позволяет достигать высокого качества регулирования выходных параметров сварочных аппаратов, имеет малые габариты и массу. Компания International Rectifier предоставляет широкий выбор силовых IGBT-транзисторов и драйверов для инверторов различных топологий. Кроме того, компания предлагает компоненты для построения необходимого в данном случае ККМ.
    Сварка является одним из наиболее популярных способов конструктивного соединения материалов. Ее применяют в совершенно разных областях: от строительства зданий и авиации – до микроскопической сварки в микроэлектронике и ювелирной отрасли.
    Для каждой из перечисленных областей характерны свои требования к типам используемых материалов, качеству сварки, стоимости ее выполнения, уровню автоматизации. Это привело к появлению различных технологий, таких как ручная дуговая сварка плавящимся электродом (manual metal arc, ММА), ручная сварка в среде защитных газов (tungsten inert gas, TIG), полуавтоматическая сварка в среде инертных (metal inertgas, MIG) или активных газов (metal active gas, MAG), плазменная сварка, контактная и так далее.
    Каждый из перечисленных видов сварки требует мощного сварочного аппарата, который выполняет следующие функции: преобразует сетевое переменное напряжение в постоянное или переменное напряжение и ток требуемой величины, осуществляет регулирование выходных параметров тока и напряжения, контролирует возникновение аварийных ситуаций, выполняет дополнительные функции (плавный запуск и тому подобное).
    Существует несколько типов источников питания сварочных аппаратов, работающих от двух- или трехфазных сетей:

  • трансформаторный;
  • трансформаторный с выпрямителем;
  • инверторный.

    Трансформаторный тип подразумевает использование сетевого трансформатора для преобразования сетевого напряжения до требуемого уровня. Регулировка выходных значений тока может производиться с помощью изменения зазора между обмотками трансформатора. При этом выходной ток имеет переменную форму. Данный тип аппаратов является наиболее надежным, но в то же время громоздким, и не может обеспечить высокий уровень качества сварки.
    Выпрямительный тип отличается от трансформаторного наличием выходного выпрямительного блока. В данном случае сварочный ток оказывается постоянным. Это приводит к улучшению качества сварочного шва. Однако недостатки, вес и габаритность, сохраняются.
    Инверторный тип является наиболее современным источником тока для сварочных аппаратов. За последние пятнадцать лет характеристики используемых в таких источниках полупроводниковых элементов, их качество и надежность значительно возросли. Инверторные ИП позволяют достичь высокого качества регулирования параметров сварного тока, получить высокостабильные параметры, улучшить массогабаритные характеристики.
    Структура блока питания инверторного сварочного аппарата состоит из нескольких основных составляющих: входного выпрямителя, корректора коэффициента мощности, инвертора, ВЧ-трансформатора, системы управления (рисунок 1). Если требуется получение постоянного выходного тока, в структуру легко может быть добавлен выходной выпрямитель. Система управления формирует ШИМ-сигнал для силовых ключей, обрабатывает сигналы обратной связи от нагрузки, осуществляет взаимодействие с оператором, обнаруживает возникновение аварийных ситуаций и так далее.

 

Простой полумостовой инвертор

    Главным элементом представленной структуры является инвертор. Он может быть выполнен по любой из существующих инверторных схем: мостовой, полумостовой, Push-pull и других.
    Компания International Rectifier предлагает все необходимые компоненты для построения высокоэффективных и надежных инверторов на базе наиболее популярных схем: мостовой и Push-pull. Каждая из схем имеет свои достоинства и особенности.

Компоненты IR для push-pull-инверторов сварочных аппаратов

    Топология Push-pull долгое время была основной при построении инверторов для сварочных аппаратов. Ее отличают весьма важные достоинства (рисунок 2): потребность всего в двух силовых ключах, простота системы управления (управляющее напряжение формируется относительно общей шины и не требует смещения), потенциальная возможность снижения стоимости за счет малого числа компонентов. Данная схема позволяет получать как постоянный, так и переменный выходной ток.

 

Простой полумостовой инвертор

    Компания IR предлагает IGBT для реализации различных схем инверторов. Среди предлагаемых IGBT можно выбрать наиболее оптимальные для каждого конкретного случая. Это возможно благодаря наличию транзисторов с различными характеристиками (таблица 1):

  • с малыми потерями на переключения, оптимизированых для работы с высокими рабочими частотами (до 30 кГц);
  • низкочастотных, имеющих минимальные потери во включенном состоянии с низким напряжением «коллектор-эмиттер» от 1,46 В (Low VCE(on));
  • с устойчивостью к короткому замыканию до 10 мкс (индекс K10);
  • с устойчивостью к короткому замыканию до 5 мкс (индекс K);
  • со встроенным обратным диодом (индекс D).

    Таблица 1. IGBT-транзисторы для инверторного каскада сварочного аппарата

Наименование Напряжение, В Поколение Ток IC
при 100°C, A
VCE(on) тип, В Частота
коммутации, 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
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
IRGPS40B120UD Super 247
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
IRG7PSH50UD 70 1,70 Super 247
IRG7PH46U 75 TO-247
IRG7PH50U 90 TO-247

    Среди представленных транзисторов хочется отдельно выделить достаточно новую серию IRGx46xxD, которая, обладая характеристиками не ниже, чем у «классической» серии IRGx40xxD, является более привлекательной по цене (применение новых технологий позволило снизить себестоимость производства транзисторов). Также отдельного внимания заслуживает одна из новейших серий IGBT – IRGP66xxD, совмещающая в себе низкие потери на проводимость и переключение и разработанная компанией специально для сварочной техники.
    Как было сказано выше, одним из преимуществ топологии Push-pull является простота управления ключами. Для этих целей компания International Rectifier предлагает двухканальные драйверы в компактных корпусах SOIC-8 и DIP-8 (таблица 2).

Таблица 2. Драйверы нижнего плеча для Push-pull-инверторов

Наименование Топология Инвертированные
входы
Напряжение, В Выходной ток, Io+, мА Выходной ток, Io-, мА Корпус
IR25600 Два нижних ключа 25 2300 3300 SOIC-8, DIP-8
IR4426 INA, INB
IR4427
IRS4426S INA, INB SOIC-8
IRS44262S
IRS4427S
IRS4428S INA

    Стоит обратить внимание на некоторые особенности Push-pull-схемы: более сложный трансформатор, работа ключей в более жестком режиме (большее рабочее напряжение, большие выбросы напряжения). Кроме того, наличие всего двух плечей управления ограничивает диапазон регулирования выходного тока. Более качественное регулирование позволяет получить мостовая схема.

Компоненты IR для мостовых инверторов сварочных аппаратов

    Мостовая схема по сравнению с Push-pull имеет большее число силовых ключей и компонентов управления (рисунок 3), что приводит к удорожанию схемы в целом. Однако в большинстве случаев это компенсируется улучшением качества регулирования.

 

Простой полумостовой инвертор

    Важно отметить, что для построения схем по обеим топологиям компания International Rectifier предлагает использовать одинаковые ключи (таблица 1). При этом в мостовой схеме силовые ключи работают в более комфортных условиях (меньшие рабочее напряжение и броски напряжения).
    Усложнение схемы управления в случае мостовой топологии нивелируется наличием готовых драйверов полумоста и верхнего и нижнего плечей (таблица 3). Драйверы имеют встроенную схему смещения и доступны в малогабаритных SOIC- и DIP-корпусах.

Таблица 3. Драйверы IGBT для мостовых инверторов

Наименование U, В Топология Выходной ток, Io+, мА Выходной ток, Io-, мА Разделение силовой и сигнальной земель Корпус
IR25604 600 Верхний и нижний ключ 200 350 Нет SOIC-8
IRS2301 200 350 Нет SOIC-8, DIP-8
IRS2302 200 350 Нет SOIC-8, DIP-8
IRS26072DS 200 350 Нет SOIC-8, DIP-8
IRS2607DS 200 350 Нет SOIC-8, DIP-8
IRS2101 290 600 Нет SOIC-8, DIP-8
IRS2106 290 600 Нет SOIC-8, DIP-8
IRS21064 290 600 Нет SOIC-14, DIP-14
IRS2112 290 600 Нет SOIC-14, DIP-14, DIP16
IRS2181 1900 2300 Нет SOIC-8, DIP-8
IRS21814 1900 2300 Нет SOIC-14, DIP-14
IRS21814M 1900 2300 Нет PQFN 4 x 4
IR25607 2500 2500 Нет SOIC-8
IRS2113 2500 2500 Нет SOIC-14, DIP-14, DIP16
IRS2113M 2500 2500 Нет PQFN 4 x 4
IRS2186 4000 4000 Нет SOIC-8, DIP-8
IRS21864 4000 4000 Нет SOIC-14, DIP-14
IRS21867 4000 4000 Нет SOIC-8
IR25601 Полумост 120 260 Нет SOIC-8, DIP-8
IRS2304 120 600 Нет SOIC-8, DIP-8
IR25603 180 260 Нет SOIC-8, DIP-8
IR25606 200 350 Нет SOIC-8
IRS2608DS 200 350 Нет SOIC-8, DIP-8
IR25602 210 360 Нет SOIC-8
IRS2103 290 600 Нет SOIC-8, DIP-8
IRS2104 290 600 Нет SOIC-8, DIP-8
IRS2108 290 600 Нет SOIC-8, DIP-8
IRS21084 290 600 Нет SOIC-14, DIP-14
IRS2109 290 600 Нет SOIC-8, DIP-8
IRS21091 290 600 Нет SOIC-8, DIP-8
IRS21094 290 600 Нет SOIC-14, DIP-14
IRS2111 290 600 Нет SOIC-8, DIP-8
IRS2308 290 600 Нет SOIC-8, DIP-8
IRS2183 1900 2300 Нет SOIC-8, DIP-8
IRS2184 1900 2300 Да SOIC-8, DIP-8
IRS21844 1900 2300 Да SOIC-14, DIP-14
IRS21844M 1900 2300 Да PQFN 4 x 4
IR2213 1200 Верхний и нижний ключ 1700 2000 Да SOIC-16, DIP-14
IR2214SS Полумост 1000 1500 Да SSOP-24

    Бытовой, а тем более промышленный, сварочный аппарат является мощным потребителем и мощным источником помех. Для таких приборов устанавливаются требования по величине коэффициента мощности и уровню эмиссии гармонических составляющих тока. IR предлагает все необходимые компоненты для построения корректоров коэффициента мощности (ККМ).

Компоненты IR для построения ККМ сварочных аппаратов

    Главной задачей построения корректоров коэффициента мощности является компенсация фазовых сдвигов между потребляемым напряжением и током при сохранении их синусоидальных форм. В этом случае источник питания сварочного аппарата, с точки зрения сети, должен как можно больше походить на активное сопротивление. Такая компенсация является обязательной и устанавливается требованиями ГОСТов (например, ГОСТ Р 51317. 3.2-99 (МЭК 61000-3-2-95)).
    International Rectifier предлагает широкий выбор как контроллеров корректоров коэффициента мощности, так и оптимизированных для этой цели IGBT.
    Контроллеры ККМ доступны в малогабаритных корпусах SOIC-8 и DIP-8 (таблица 4). IRS2505L выпускается в миниатюрном корпусе SOT-23-5. Важными достоинствами данных контроллеров являются широкий диапазон питающих напряжений (до 22 В), большие выходные токи (пиковые значения – до 1,5 А), наличие защитных функций.

    Таблица 4. Котроллеры ККМ от International Rectifier

Наименование Корпус Напряжение питания, VCC, В Выходной
пиковый ток, А
Рабочие
частоты, кГц
Защита от перенапряжения, OVP Защита от падения входного напряжения, 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 Двойная +
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 Переменная + +

    Транзисторы, используемые для ККМ, должны обладать высоким быстродействием, чтобы успевать отрабатывать возникающие смещения тока и напряжения. Также они должны быть устойчивы к перенапряжениям и сохранять работоспособность при самых жестких условиях переключений. Всем этим требованиям отвечают соответствующие IGBT от International Rectifier (таблица 5).

    Таблица 5. IGBT-транзисторы для ККМ от IR

Наименование Напряжение, В Ток IC при 100°C, A VCE(on) тип., В Частота
коммутации, 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

   

    Заключение

    Компания International Rectifier предлагает все необходимые базовые компоненты для создания источников питания для инверторных сварочных аппаратов. Среди предложений компании стоит отметить:

  • мощные IGBT для основного каскада инвертора, способные работать при частотах до 30 кГц и выдерживать жесткие условия переключений, в том числе – в топологии Push-pull;
  • двухканальные драйверы IGBT нижнего плеча для топологии Push-pull;
  • двухканальные драйверы IGBT полумоста и верхнего и нижнего плеча для мостовой топологии;
  • контроллеры ККМ с широким диапазоном питающих напряжений и высоким уровнем защиты;
  • сверхбыстродействующие IGBT, предназначенные для жестких условий работы в составе ККМ.

   

    Литература

  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/.

 


Адрес администрации сайта: admin@soundbarrel.ru
   

 

Яндекс.Метрика Яндекс цитирования

 

 
    компоненты для ремонта и изготовления сварочных аппаратов Бытовой промышленный сварочный аппарат построения корректоров коэффициента мощности компоненты для источников питания для инверторных сварочных аппаратов выполнен по любой инверторных схем мостовой полумостовой Push-pull