IGBT，是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應管)組zu成cheng的de複fu合he全quan控kong型xing電dian壓ya驅qu動dong式shi功gong率lv半ban導dao體ti器qi件jian，它ta是shi在zai需xu要yao快kuai速su切qie換huan的de應ying用yong中zhong必bi不bu可ke少shao的de電dian子zi器qi件jian。因yin為wei它ta們men通tong常chang在zai高gao壓ya下xia工gong作zuo
，驅qu動dong器qi電dian子zi設she備bei和he電dian源yuan之zhi間jian隔ge離li的de質zhi量liang決jue定ding了le整zheng個ge電dian路lu的de可ke靠kao性xing。本ben文wen介jie紹shao了le加jia強qiang型xing隔ge離liDC/DC轉換器在IGBT係統中的作用。

 

 

 

當前可再生能源高速發展，加快了“綠色電子”dekaifa。rujin
，dianlilaizikezaishengnengyuan，zhuyaolaizifengliwolunjihetaiyangnengfadianchang。guangfudianchichanshengdezhiliudianliu，qidianliuqiangdushitongguosuohuoqudeyangguangqiangduerquedingde。fengliwolunjichanshengjiaoliudian，danpinlvqujueyufengsu。yinci，zheliangzhongxingshidedianlidoubushihezhijieshusongdaodianwang，douxuyaozhuanhuan。

 

這就需要通過高效
、大功率的逆變器裝置來實現的。第一步，生成一個等幅的直流電壓。第二步，再轉換成高頻電流
，並將加入脈寬調製。IGBT（絕緣的柵雙極型晶體管）作為快速動作的電源開關，它的驅動器是通過小型DC/ DC轉換器來供電的，具有良好的隔離。隔離的質量決定了整個係統的可靠性。

 

 

 

 

圖1：帶助推器和逆變器（頂部）的太陽能發電廠功能圖。每個IGBT驅動器都有一個良好的帶隔離的DC/DC轉換器供電。設備通過一個高頻PWM信號控製，這個信號輸出平滑的正弦波（左）。

 

 

類似於MOSFET，IGBT是小電流驅動的大功率元件
，就像雙極晶體管
，它們可以在一個極低的集電極-發射極電壓下工作。驅動功率小而飽和壓降低這使它們成為理想的開關。

 

在簡單的逆變器裏
，兩個相位相反的IGBT由一個頻率至少是10kHz 的PWM信xin號hao控kong製zhi。要yao想xiang達da到dao令ling人ren滿man意yi的de效xiao率lv
，開kai關guan的de間jian隙xi必bi須xu非fei常chang陡dou峭qiao。然ran而er由you於yu控kong製zhi信xin號hao是shi由you微wei型xing控kong製zhi器qi產chan生sheng的de
，間jian隙xi角jiao度du太tai低di，所suo以yi不bu能neng直zhi接jie驅qu動dongIGBT。因此有必要使用IGBT驅動器使切換速率加速到1000V/µs左右。由於IGBT往往在高電位浮動，非隔離控製邏輯必須通過光電耦合器隔離。此外
，驅動器的供電電壓一般在+15V到-9V之間
，也需要隔離。這可以通過隔離的DC/DC轉換器來實現。

 

乍一看
，對DC/DC轉換器隔離電壓的要求似乎不是特別嚴格的。因為AC電壓的峰值沒有超過650V，根據相對應的通用公式，我們可以假設1秒鍾2kVDC的隔離電壓就足夠了。然而，實際上事情要複雜得多。

 

 

圖2：變壓器和其周邊的元件分布的區域確定隔離的質量。RECOM的REC3.5提供高達10kVDC/sec的隔離

 

一個DC/DC轉換器的隔離，以及變壓器周圍的空氣、路徑和爬電路徑通常指定的測試頻率為50Hz。出於效率原因，IGBT開關的工作頻率明顯高於10kHz，甚至300kHz也並不少見。在這樣的頻率下，電磁元件和材料表現出完全不同的工作狀態。由於開關速率（1000V/µs左右）極高的dV/dt致使電壓峰值幅度非常大，變化沿對DC/DC轉(zhuan)換(huan)器(qi)的(de)隔(ge)離(li)施(shi)加(jia)著(zhe)額(e)外(wai)的(de)壓(ya)力(li)，這(zhe)是(shi)由(you)於(yu)耦(ou)合(he)電(dian)容(rong)和(he)其(qi)他(ta)隱(yin)藏(zang)的(de)電(dian)容(rong)出(chu)現(xian)在(zai)導(dao)電(dian)線(xian)路(lu)和(he)變(bian)壓(ya)器(qi)之(zhi)間(jian)的(de)電(dian)路(lu)中(zhong)。然(ran)而(er)
，采(cai)用(yong)適(shi)當(dang)的(de)測(ce)量(liang)技(ji)術(shu)測(ce)量(liang)出(chu)的(de)結(jie)果(guo)並(bing)不(bu)是(shi)很(hen)可(ke)靠(kao)。這(zhe)是(shi)由(you)於(yu)事(shi)實(shi)上(shang)一(yi)連(lian)上(shang)示(shi)波(bo)器(qi)探(tan)頭(tou)，係(xi)統(tong)的(de)運(yun)作(zuo)狀(zhuang)態(tai)就(jiu)變(bian)了(le)。一(yi)個(ge)測(ce)得(de)的(de)電(dian)壓(ya)峰(feng)值(zhi)
，例(li)如(ru)是(shi)2kV，已經通過探頭衰減，因此實際的峰值可能會高得多。

 

這zhe種zhong峰feng值zhi沒mei有you現xian成cheng的de公gong式shi進jin行xing計ji算suan，所suo以yi不bu能neng準zhun確que地di得de出chu電dian磁ci材cai質zhi在zai高gao頻pin率lv下xia的de工gong作zuo狀zhuang態tai。因yin此ci有you必bi要yao根gen據ju經jing驗yan值zhi預yu留liu一yi個ge充chong足zu的de安an全quan緩huan衝chong區qu。從cong以yi往wang的de經jing驗yan來lai看kan，我wo們men知zhi道dao一yi個geIGBT電路的使用壽命直接取決於DC/DCzhuanhuanqidegelizhiliang。raner，genghaodegelibingbushijixiedidengtongyuyouyigejiaogaodegelidianya，ershitongchangzhidajiayizhideyiliaodianzilingyudejiaqiangxinggelizhiliang。bixuzhuyi
，shangshuyingxiangyibanbuhuilijidaozhiquexianhuoguzhangchuxian。leisiyuyigediba，tashoudaogaoshuiyazuoyongdeshijianyuechang，tajiuhuibiandeyueruo，ranhouturanpolie。tongli，jiejinjixianhezaiyuepinfan，wangwangjiangdaozhiDC/ DC轉換器的隔離屏障最終出現故障。這會對整個係統產生災難性的後果。

 

 

在某些規格書中，隔離電壓的測試時間有可能是1秒鍾或者1分鍾甚至是一個連續的長時間。測試加載時間越長
，其測試電壓就會越低。為了使用戶能夠準確地確定這個關鍵值，RECOM提供一個CD光盤尺寸大少的免費ISO計算工具。一個隔離電壓時間規格的轉換器。隻要發送郵件到info@recom-electronic.com 即可免費索取ISO計算器。另外，在網站www.recom-electronic.com上也可以找到這個在線工具。

 

 

圖3：RECOM的數據光盤收錄了所有隔離規格的相關參考值

 

除chu了le測ce試shi電dian壓ya高gao低di之zhi外wai，隔ge離li的de質zhi量liang也ye是shi非fei常chang重zhong要yao的de。隔ge離li最zui簡jian單dan的de形xing式shi，被bei稱cheng為wei功gong能neng隔ge離li
，是shi通tong過guo變bian壓ya器qi來lai實shi現xian的de
，就jiu是shi將jiang初chu級ji繞rao組zu和he次ci級ji繞rao組zu
，一yi個ge直zhi接jie繞rao在zai另ling一yi個ge的de上shang麵mian。漆qi包bao線xian的de絕jue緣yuan層ceng可ke以yi耐nai受shou測ce試shi電dian壓ya1000VDC/1s。然而
，這個絕緣層會隨著時間的推移而變脆弱，特別是如果它被暴露在較高的環境溫度
、濕度、振動就更容易變弱。在某些階段，即使規格書介紹的與此相反，它也可能會失效。

 

這就是為什麼UL定ding義yi了le三san種zhong不bu同tong的de隔ge離li等deng級ji
，明ming確que提ti出chu電dian氣qi間jian隙xi和he爬pa電dian距ju離li。電dian氣qi間jian隙xi是shi兩liang點dian之zhi間jian的de直zhi線xian距ju離li，爬pa電dian距ju離li是shi沿yan著zhe表biao麵mian的de路lu徑jing。要yao符fu合he最zui低diUL“基礎”等級，一個24VDC輸入電壓的轉換器，它的電氣間隙和爬電距離分別是0.5mm和1.0mm。要達到“補充”等級
，這些值要翻倍達到1.0mm和2.0mm。要達到加強隔離的最高等級，上述的轉換器必須要滿足2.0mm和4.0mm的電氣間隙和爬電距離，這已是“基礎”等級的四倍了。

 

 

圖4：UL規格中加強隔離的醫療電子的電氣間隙和爬電間隙
，使IGBT電路提高了安全性。

 

加(jia)強(qiang)型(xing)隔(ge)離(li)對(dui)醫(yi)療(liao)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)是(shi)非(fei)常(chang)必(bi)要(yao)的(de)。在(zai)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)裏(li)沒(mei)有(you)相(xiang)應(ying)的(de)規(gui)格(ge)。然(ran)而(er)我(wo)們(men)可(ke)以(yi)假(jia)設(she)在(zai)設(she)備(bei)有(you)效(xiao)壽(shou)命(ming)的(de)使(shi)用(yong)過(guo)程(cheng)中(zhong)
，帶(dai)有(you)加(jia)強(qiang)型(xing)隔(ge)離(li)的(de)轉(zhuan)換(huan)器(qi)會(hui)比(bi)帶(dai)基(ji)礎(chu)隔(ge)離(li)或(huo)隻(zhi)有(you)功(gong)能(neng)隔(ge)離(li)的(de)轉(zhuan)換(huan)器(qi)受(shou)到(dao)更(geng)好(hao)的(de)保(bao)護(hu)，防(fang)止(zhi)應(ying)力(li)發(fa)生(sheng)。這(zhe)就(jiu)是(shi)為(wei)什(shen)麼(me)盡(jin)管(guan)成(cheng)本(ben)會(hui)稍(shao)高(gao)
，可(ke)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)製(zhi)造(zao)商(shang)還(hai)是(shi)在(zai)IGBT應用中選擇使用加強型隔離DC/DC轉換器。RECOM有自己的新的變壓器概念，它已經能做出更小巧的帶加強型隔離的轉換器
，而且還更低價。這意味著安全不再是價錢的問題了。

 

除了眾多隔離功能的轉換器之外，RECOM提供1W和2W高隔離轉換器產品——RK（4000VDC/1s）
，RP（5200VDC/1s）和RV（6000VDC/1s）。這些轉換器已經廣泛使用在IGBT應用中。RECOM推出的最新係列是RxxPxx和RxxP2xx係列


，它們各自有6400VDC和8000VDC/1s隔離電壓。它們的額定功率為1W或2W
，也是加強型隔離轉換器
，小巧的SIP7封裝。RV係列中的2W版本，現在也提供DIP24封裝，可方便安裝到現有的設計方案。因為效率接近88%
，工作溫度可以高達+85°C
，所以無須主動冷卻或降額使用。

 

 

圖5：盡管設計複雜

，1W和2W係列也提供高達8kV/DC/秒的加強隔離

 

兩個較大功率的REC係列，有8000VDC或10,000VDC/1s的隔離電壓，DIP24封裝。在3.5W和6W下，它們的功率相比同類無加強型隔離的產品高出大概20%
，它有高達86%的效率。這也使得當REC3.5在+85°C的工作溫度下和REC6在+75°C的工作溫度下無須主動冷卻或降額使用。外殼允許的最高溫度可達+105°C。

 

盡管隔離設計複雜很多，上述產品也隻是比傳統技術轉換器的價格稍微高一點。所有產品都按照RECOM轉換器的慣例享有三年保修。在開發階段
，所有的產品都在RECOM的環境實驗室經過大量的HALT試驗，以確保其使用壽命。