用增强型隔离DC/DC转换器来延长IGBT使用寿命

2万 · 2014-11-9 23:46

IGBTS是电源中的一个核心部分，其主要特点是开关速度快，通常应用于逆变器或电机控制系统。一般IGBTS的驱动电路由体积小、效率高的DC/DC转换器组成，因此转换器在系统中起着至关重要的。

由于IGBT小电流转换大功率的能力，在电源中已是不可或缺的一部分。在不同类型的电路应用中，IGBT已成了首选的解决方案，如变频器。随着电力费用的不断上涨，变频器可以有效地提高工厂生产效率。其主要作用是调节三相异步电机的转速。由于发动机的转速取决于电网的频率，所以可以通过改变电网频率从而改变发动机的转速。

标准变频器的设计

变频器主要由三部分组成：整流、滤波及逆变（如图1所示)。首先将三相供电电源经全波整流转变为直流脉冲，然后经滤波电容平滑滤波。最后经逆变器调节输出电压及输出频率。而逆变器主要由六个IGBT组成，两个一组形成三个支流回路，然后通过对滤波之后的电压用脉宽调制方法(pulse width modulation, PWM)调节逆变器输出。

图1：变频器原理图

2万 · 2014-11-9 23:47

IGBT驱动

IGBT由集成驱动电路对其提供电源并加以控制，而驱动电路相对于输入部分则是独立的，因此需要进行电气隔离，光耦一般作为控制信号的隔离。对于IGBT的供电电源，通常由两个增强型隔离DC/DC转换器提供。

IGBT结合了MOSFET的高输入阻抗以及双极型三极管的低导通压降的特性，且可被小电流控制。由于IGBT导通时，在集电极-发射极之间有很小的压降，损耗很低，因此作为切换高压和大电流，IGBT是最理想的选择。在IGBT导通的过程中，栅极电容充电越快越好，但是这也会导致短时间的电流尖峰。栅极电阻RG则限制了在可接受的di/dt条件下最长允许导通时间。当IGBT关断时，栅极电容放电越快越好，这可以用适当的控制电压VG-达成。当使用对称电源为IGBT供电，+15V作为其导通电压，则关断电压VG-为-15V。如果栅极电压下跌太快，设备的器件会承受很大的电压尖峰。为了保护部件，通常会在关断时需要降低控制电压，并且还要在可接受的dv/dt条件下迅速放电，由测试发现-9V是一个比较合适的关断电压。由图2所示的IGBT的导通和关断的电流和电压曲线可知，不同的关断电压，对IGBT性能影响有明显区别。所以工程师可以有两种选泽：使用简单对称式±15V的转换器；或者为了更好的性能选择费用高、体积大的两个转换器，为其提供+15V和-9V。

2万 · 2014-11-9 23:57

图2：IGBT开关；右边是电流和电压开关的曲线图。降低关断电压至可接受的dv/dt负载的优势是十分显著的。

2万 · 2014-11-9 23:57

IGBT转换器作为市场上的新型产品，因其具有非对称双输出+15V和-9V，所以非常适合作为IGBT的驱动电路(如图3所示)，并且还可以满足体积小、节省成本的要求。

图3：在IGBT的控制阶段(图1的IAS)中，控制电路(蓝色)和电源电路(红色)是完全分开的

用增强型隔离DC/DC转换器来延长IGBT使用寿命

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