由于IGBT小電流轉換大功率的能力，在電源中已是不可或缺的一部分。在不同類(lèi)型的電路應用中，IGBT已成了首選的解決方案，如變頻器。隨著(zhù)電力費用的不斷上漲，變頻器可以有效地提高工廠(chǎng)生產(chǎn)效率。其主要作用是調節三相異步電機的轉速。由于發(fā)動(dòng)機的轉速取決于電網(wǎng)的頻率，所以可以通過(guò)改變電網(wǎng)頻率從而改變發(fā)動(dòng)機的轉速。

 

 

變頻器主要由三部分組成：整流、濾波及逆變（如圖1所示)。首先將三相供電電源經(jīng)全波整流轉變?yōu)橹绷髅}沖，然后經(jīng)濾波電容平滑濾波。最后經(jīng)逆變器調節輸出電壓及輸出頻率。而逆變器主要由六個(gè)IGBT組成，兩個(gè)一組形成三個(gè)支流回路，然后通過(guò)對濾波之后的電壓用脈寬調制方法(pulse width modulation, PWM)調節逆變器輸出。

圖1：變頻器原理圖

 

 

IGBT由集成驅動(dòng)電路對其提供電源并加以控制，而驅動(dòng)電路相對于輸入部分則是獨立的，因此需要進(jìn)行電氣隔離，光耦一般作為控制信號的隔離。對于IGBT的供電電源，通常由兩個(gè)增強型隔離DC/DC轉換器提供。 

 

IGBT結合了MOSFET的高輸入阻抗以及雙極型三極管的低導通壓降的特性，且可被小電流控制。由于IGBT導通時(shí)，在集電極-發(fā)射極之間有很小的壓降，損耗很低，因此作為切換高壓和大電流，IGBT是最理想的選擇。在IGBT導通的過(guò)程中，柵極電容充電越快越好，但是這也會(huì )導致短時(shí)間的電流尖峰。柵極電阻RG則限制了在可接受的di/dt條件下最長(cháng)允許導通時(shí)間。當IGBT關(guān)斷時(shí)，柵極電容放電越快越好，這可以用適當的控制電壓VG-達成。當使用對稱(chēng)電源為IGBT供電，+15V作為其導通電壓，則關(guān)斷電壓VG-為-15V。如果柵極電壓下跌太快，設備的器件會(huì )承受很大的電壓尖峰。為了保護部件，通常會(huì )在關(guān)斷時(shí)需要降低控制電壓，并且還要在可接受的dv/dt條件下迅速放電，由測試發(fā)現-9V是一個(gè)比較合適的關(guān)斷電壓。由圖2所示的IGBT的導通和關(guān)斷的電流和電壓曲線(xiàn)可知，不同的關(guān)斷電壓，對IGBT性能影響有明顯區別。所以工程師可以有兩種選澤：使用簡(jiǎn)單對稱(chēng)式±15V的轉換器；或者為了更好的性能選擇費用高、體積大的兩個(gè)轉換器，為其提供+15V和-9V。

圖2：IGBT開(kāi)關(guān)；右邊是電流和電壓開(kāi)關(guān)的曲線(xiàn)圖。降低關(guān)斷電壓至可接受的dv/dt負載的優(yōu)勢是十分顯著(zhù)的

圖3：在IGBT的控制階段(圖1的IAS)中，控制電路(藍色)和電源電路(紅色)是完全分開(kāi)的

 

如濾波之后的電壓在560V左右，所以隔離強度好像不是一個(gè)大問(wèn)題。以經(jīng)驗來(lái)說(shuō)，我們會(huì )認為隔離電壓是濾波電壓的兩倍就已足夠。但是如果考慮到高達16kHz的開(kāi)關(guān)頻率和陡峭的開(kāi)關(guān)沿，很明顯也要把其他方面因素考慮進(jìn)去以達到有效的隔離。因為開(kāi)關(guān)速度通常都在μs的范圍之內，所以絕緣失效并不會(huì )被立即發(fā)現。但是隨著(zhù)系統的運行，負載可以導致器件提前發(fā)生故障，正如俗話(huà)所說(shuō)「水滴石穿」。 

 

當考慮隔離的時(shí)候，變壓器的電氣間隙和爬電距離極為重要。電氣間隙和爬電距離通常在頻率50Hz的條件下給出標稱(chēng)值。通常在電機控制系統中會(huì )發(fā)現在較高且不規律的頻率下，磁性器件和材料的自身屬性會(huì )產(chǎn)生很大的不同。另外，陡峭的開(kāi)關(guān)沿也會(huì )產(chǎn)生寄生電容。因此僅僅仰賴(lài)變壓器繞組的功能型隔離是不明智的。雙重型或基本型的隔離因變壓器內部繞組之間多加了一層絕緣材料，因此可以提供更高的安全保障。 

 

綜上所述，我們建議選擇遠高于預期的電壓峰值的隔離電壓。如果與基本型或增強型隔離相結合，IGBT轉換器的可靠性可以大幅度提升。事實(shí)上，廠(chǎng)商不會(huì )都在規格書(shū)中提供足夠的產(chǎn)品信息，這會(huì )讓工程師很難在同類(lèi)產(chǎn)品中做比較。有的規格書(shū)中的隔離耐壓的測試時(shí)間是「一秒」，而其他的規格書(shū)卻是「一分鐘」或「連續的」。測試的時(shí)間越久，隔離耐壓值越低。為了確保使用者可以精確地判斷隔離值，RECOM研發(fā)出一個(gè)隔離值計算器，它可以讓您簡(jiǎn)單的比較不同產(chǎn)品之間的隔離差異。 

 

 

為了盡可能滿(mǎn)足各種應用的需求，RECOM推出了7種系列IGBT轉換器。所有轉換器在5V、12V或24V的輸入電壓時(shí)具有+15V和-9V的非對稱(chēng)輸出，可謂是對IGBT驅動(dòng)專(zhuān)業(yè)定制的轉換器。同時(shí)RECOM也提高了IGBT轉換器的隔離等級，從3kV (RH-xx1509D)到6.4kV (RxxP1509D)的隔離耐壓可以很好的滿(mǎn)足不同的應用。為了滿(mǎn)足工程師對轉換器的體積的要求，因此我們新系列IGBT轉換器為工程師提供了更多的尺寸選擇：小巧型SIP7封裝 (RP-xx1509D)、常規型DIP14封裝 (RKZ-xx1509D)、扁平微型DIP24 (RV-xx1509D)。 

 

這些1W和2W模塊通過(guò)了EN60950-1認證，符合RoHS2和REACH規范不含任何有害物質(zhì)，并依照RECOM產(chǎn)品的慣例享有三年質(zhì)量保證。