1.大功率电子开关器件

逆变电源的核心技术是采用大功率电子开关将直流转换为交流。无论为了提高电源自身性能的，还是满足焊接工艺要求，都希望采用较高的逆变频率。而电源的逆变频率主要受限于作为电子开关使用的大功率开关器件的开关速度，特别是在弧焊电源这种大功率工业电源中，大电流限制了器件的开关速度。早期的逆变弧焊电源使用快速晶闸管（SCR）逆变频率仅为2kHｚ左右；使用大功率双极型晶体管（GTR）逆变频率可以达到15kHｚ在左右，但是驱动复杂，可靠性差。所以SCR和GTR仅是逆变弧焊电源初期的过渡性器件。使逆变弧焊电源走向成熟应用的是金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）和绝缘栅双极型半导体晶体管（IGBT）两种器件。

MOSFET（Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor）的符号见表2-3，有G（栅极）、S（源极）和D（漏极）三个电极，图中的二极管VD是MOSFET结构中寄生的。通过加在G-S之问的控制电压可以控制D-S之问的导通与截止。MOSFET具有很高的开关速度，但是电流承载能力I_DM较低。特别是随着耐压的增加，I_DM降低。这与MOSFET的导通机制有关，因为MOSFET导通时D-S之问相当于一个很低阻值的电阻r_on（10～300mΩ），其阻值r_on随耐压增加而增加，这样一来，同样I_DM下的发热量就增加了，从而限制了I_DM。目前逆变弧焊电源所需要的耐压500V以上的MOSFET，I_DM只有10A左右。但所幸的是MOSFET的r_on具有正温度系数，因此很容易并联使用。MOSFET的发热除了导通电阻以外还来自于到开关过程的损耗，显然开关频率越高，损耗越大，发热量也越大，由此将导致I_DM降低。因此必须在I_DM与开关损耗之问选择一个合适的平衡点，对于用于逆变弧焊电源的MOSFET，开关频率一般限制在100kHｚ左右。

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor），是由BJT（双极型三极管）和MOS（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。IGBT的符号见表2-3，有G（栅极）、E（发射极）和C（集电极）三个电极。与MOSFET相类似：通过加在G-E之问的控制电压可以控制C-E之问的导通与截止。与MOSFET不同的是：IGBT导通时C-E之问呈一个很低的导通压降（2～3V），这是由IGBT的双极型晶体管输出特性所决定的。因此可以承受较大的电流。例如同样封装尺寸（TO3P或TO264）500V耐压的MOSFET单管仅为10A左右，而600V耐压的IGBT单管的最大电流可达30A甚至更高。而且IGBT可以并联封装在一起，做成大功率模块满足大功率电源的要求，例如逆变弧焊电源中常用的有1200V，100～300A的半桥IGBT模块（同时封装两只IGBT构成半桥结构）。IGBT模块不仅使用方便，而且可靠性也更高。但是IGBT模块的开关频率较低，一般只能工作在20kHｚ左右。而IGBT单管的工作频率则可高达40～80kHｚ，IGBT单管也可以并联使用（但要注意：不是所有的IGBT单管都可以并联使用，必须是导通压降具有正温度系数）。

MOSFET与IGBT单管、IGBT模块各有优缺点，参见表2-3。

表2-3 mOSFET与IGBT的比较

在实际应用中，IGBT模块用于一般焊接性能要求的大功率焊接电源；MOSFET和IGBT单管则适用于两个方面：①输出电流200A以下的低负载持续率的小功率焊接电源，②满足高焊接性能要求的大功率工业焊接电源。

2.中频变压器(www.daowen.com)

逆变频率的提高降低了变压器体积和重量，但同时也对变压器铁心提出了更高的要求。当电源频率超过5kHｚ，硅钢片的铁损过大，已不适用于做变压器铁心。图2-18为逆变电源变压器外观图。在逆变弧焊电源中使用的变压器铁心材料有两种：铁氧体材料和非晶材料。两者的性能差异与使用范围见表2-4。从导磁性能看，非晶材料要优于铁氧体材料，用较小铁心断面面积可以制造较大输出功率的变压器，而且居里点温度高，在绝缘材料许可的条件下可以承受较高的温升。因此在20kHｚ左右的逆变电源普遍采用非晶材料。而在频率较高时，非晶材料的铁损迅速增加，变压器效率降低。因此在40kHｚ以上的工作频率采用铁氧体材料。此外，逆变焊机的变压器绕组导线还必须考虑趋肤效应和邻近效应问题。使用多股线或薄铜带绕制线圈降低集肤效应，同时还要考虑到合理的绕组位置安排避免临近效应。

图2-18 逆变电源变压器外观图

a）EE形铁氧体磁心变压器 b）O形非晶铁心变压器

表2-4 变压器铁心村料对比

3.二次侧整流管

二次侧整流管要求具有很快的恢复速度，即所谓快恢复二极管。同样，逆变频率越高，要求二次侧整流管的恢复时问越短。对于20kHｚ逆变频率，已有大电流（100～300A）的快恢复整流管模块。但对于100kHｚ的逆变频率，尚无大电流快恢复整流模块，仍需要采用多个小电流快恢复二极管并联，这对电源的制造工艺要求很高。