[发明专利]用于电阻焊的功率构件和变压器装置

说明书

本发明涉及用于电阻焊的功率构件和变压器装置。公开了一种用于控制强电流180的功率构件100，所述功率构件包括：电流输入板105、电流输出板110和在所述板105、110之间的构件载体120，所述构件载体具有至少两个布置在所述构件载体上的并联的功率半导体阀125并且具有至少一个用于操控功率半导体阀125的控制连接端135，其中设置有热敏元件170，所述热敏元件布置在所述电流输入板105与所述电流输出板110之间并且布置在所述至少两个功率半导体阀125之间。

技术领域

本发明涉及一种用于电阻焊的功率构件和变压器装置。

背景技术

在所谓的电阻焊或点焊的过程中，工件彼此间材料配合地连接，其中焊接电极利用电极力被压到待焊接的工件上。焊接电极在电流时间的持续时间内由焊接电流流经。通过在焊接电极之间的焊接点上对两个待焊接的工件的电阻加热，待连接的工件被加热，直至达到所需的焊接温度，并且在此形成熔体。

在此，变压器具有如下任务：将电网电压或操控电压降低到更低的次级电压，以便将焊接电流提高到几千安培的电流强度。变压器在其次级绕组上感应出在大约10伏特的量级内的低交变电压，该交变电压被整流。用于焊接过程的在7至50kA的量级内的高直流电流流经焊接电极和待焊接的工件。由低焊接电压和高电流决定地，变压器的损耗功率主要由用于对焊接电流进行整流的半导体二极管的导通电压来确定。不过，在焊接时变压器输出电压为2.8V而整流二极管的导通电压为0.7伏特的情况下，由于在这些整流二极管上的电压降，而仅仅得到损耗功率占焊接变压器的总功率的25%。通过使用导通电压更低的半导体开关元件，降低损耗功率是可能的。公知的是：尤其通过肖特基二极管或通过具有适当的操控的绝缘栅电极双极型晶体管IGBT、场效应晶体管FET或金属氧化物场效应晶体管MOSFET来替代整流二极管，以便降低损耗功率。为了将对于焊接过程来说所需的高电流整流，将相对应的数目个这些半导体开关元件并联。

申请人的文献DE 10 2014 227 024 A1涉及一种在使用电流板的情况下以扁平的三明治结构类型的用来实现用于控制高电流的功率构件（如其在电阻焊中所需的那样）的装置。一个板用作电流输入板，第二板用作电流输出板。功率半导体布置在构件载体上。构件载体布置在电流输入板与电流输出板之间。这些功率半导体可以是电流控制或电压控制的半导体，诸如双极型晶体管、IGBT、FET或MOSFET半导体或者诸如此类的。所描述的功率构件尤其用作用于对焊接电流进行整流的受控制的电阻焊二极管，如之前所描述的那样。

一段时间以来，将中频变压器（MF变压器）作为变压器用于电阻焊。用来运行MF变压器的频率能够实现有效的能量转换并且借此能够使用相对小且轻便的变压器。出于对所需的结构空间的要求越来越高的原因，市场倾向于研发越来越小并且性能越来越强的MF变压器。可以通过提高切换频率来将MF变压器缩小。在电阻焊的情况下，使用具有在1000Hz的范围内的切换频率的MF变压器。然而，这么高的切换频率使所使用的半导体开关元件的切换损耗增加。

这又使用于对焊接电流进行整流的功率半导体模块的冷却变得困难。因此，对于MF焊接变压器来说，推荐闭合的冷却循环。具有用于对焊接电流进行整流的功率半导体的电子功率级常常与MF变压器共同构成一个结构单元。MF焊接变压器通常配备有水冷却和温度监控，因为过高的温度不仅可能损坏MF变压器的绕组包而且可能损坏被用于对焊接电流进行整流的半导体构件而且可能导致MF焊接变压器的失灵。那么，虽然可以识别出损坏的半导体构件、例如损坏的功率二极管的失灵，但是那么就需要对变压器或功率构件的更换而这在生产设备中需要不能接受的失灵时间。为了预防这些失灵时间，试图识别并且避免变压器的过载。这大多利用温度监控来实现。该温度监控通常借助于正温度系数导体（正温度系数、PTC）来实现，这些正温度系数导体被引入到变压器的初级侧和次级侧的绕组中并且因此对绕组温度进行监控。即由于过载而可能出现焊接变压器的自发失灵。因此，合理的是识别出过载运行。