IGBT
，是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應管)zuchengdefuhequankongxingdianyaqudongshigonglvbandaotiqijian，tashizaixuyaokuaisuqiehuandeyingyongzhongbibukeshaodedianziqijian。yinweitamentongchangzaigaoyaxiagongzuo，qudongqidianzishebeihedianyuanzhijiangelidezhiliangjuedinglezhenggedianludekekaoxing。benwenjieshaolejiaqiangxinggeliDC/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PWMxinhaokongzhi。yaoxiangdadaolingrenmanyidexiaolv
，kaiguandejianxibixufeichangdouqiao。raneryouyukongzhixinhaoshiyouweixingkongzhiqichanshengde，jianxijiaodutaidi，suoyibunengzhijiequdongIGBT。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geIGBT電路的使用壽命直接取決於DC/DC轉(zhuan)換(huan)器(qi)的(de)隔(ge)離(li)質(zhi)量(liang)。然(ran)而(er)


，更(geng)好(hao)的(de)隔(ge)離(li)並(bing)不(bu)是(shi)機(ji)械(xie)地(di)等(deng)同(tong)於(yu)有(you)一(yi)個(ge)較(jiao)高(gao)的(de)隔(ge)離(li)電(dian)壓(ya)
，而(er)是(shi)通(tong)常(chang)指(zhi)大(da)家(jia)已(yi)知(zhi)的(de)醫(yi)療(liao)電(dian)子(zi)領(ling)域(yu)的(de)加(jia)強(qiang)型(xing)隔(ge)離(li)質(zhi)量(liang)。必(bi)須(xu)注(zhu)意(yi)，上(shang)述(shu)影(ying)響(xiang)一(yi)般(ban)不(bu)會(hui)立(li)即(ji)導(dao)致(zhi)缺(que)陷(xian)或(huo)故(gu)障(zhang)出(chu)現(xian)。類(lei)似(si)於(yu)一(yi)個(ge)堤(di)壩(ba)
，它(ta)受(shou)到(dao)高(gao)水(shui)壓(ya)作(zuo)用(yong)的(de)時(shi)間(jian)越(yue)長(chang)
，它(ta)就(jiu)會(hui)變(bian)的(de)越(yue)弱(ruo)
，然(ran)後(hou)突(tu)然(ran)破(po)裂(lie)。同(tong)理(li)，接(jie)近(jin)極(ji)限(xian)荷(he)載(zai)越(yue)頻(pin)繁(fan)，往(wang)往(wang)將(jiang)導(dao)致(zhi)DC/ 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。