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”的de開kai發fa。如ru今jin

，電dian力li來lai自zi可ke再zai生sheng能neng源yuan
，主zhu要yao來lai自zi風feng力li渦wo輪lun機ji和he太tai陽yang能neng發fa電dian廠chang。光guang伏fu電dian池chi產chan生sheng的de直zhi流liu電dian流liu，其qi電dian流liu強qiang度du是shi通tong過guo所suo獲huo取qu的de陽yang光guang強qiang度du而er確que定ding的de。風feng力li渦wo輪lun機ji產chan生sheng交jiao流liu電dian
，但dan頻pin率lv取qu決jue於yu風feng速su。因yin此ci，這zhe兩liang種zhong形xing式shi的de電dian力li都dou不bu適shi合he直zhi接jie輸shu送song到dao電dian網wang，都dou需xu要yao轉zhuan換huan。

 

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shi2kV
，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(ge)IGBT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

 

chuleceshidianyagaodizhiwai，gelidezhiliangyeshifeichangzhongyaode。gelizuijiandandexingshi，beichengweigongnenggeli，shitongguobianyaqilaishixiande，jiushijiangchujiraozuhecijiraozu，yigezhijieraozailingyigedeshangmian。qibaoxiandejueyuancengkeyinaishouceshidianya1000VDC/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ULdingyilesanzhongbutongdegelidengji
，mingquetichudianqijianxihepadianjuli。dianqijianxishiliangdianzhijiandezhixianjuli，padianjulishiyanzhebiaomiandelujing。yaofuhezuidiUL“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zaiIGBT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。