利用隔离DC/DC转换器延长IGBT驱动电路的使用时长
igbt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igbt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
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。
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。
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
为什么隔离对于延长使用寿命如此重要
如滤波之后的电压在560v左右，所以隔离强度好像不是一个大问题。以经验来说，我们会认为隔离电压是滤波电压的两倍就已足够。但是如果考虑到高达16khz的开关频率和陡峭的开关沿，很明显也要把其他方面因素考虑进去以达到有效的隔离。因为开关速度通常都在μs的范围之内，所以绝缘失效并不会被立即发现。但是随着系统的运行，负载可以导致器件提前发生故障，正如俗话所说「水滴石穿」。
当考虑隔离的时候，变压器的电气间隙和爬电距离极为重要。电气间隙和爬电距离通常在频率50hz的条件下给出标称值。通常在电机控制系统中会发现在较高且不规律的频率下，磁性器件和材料的自身属性会产生很大的不同。另外，陡峭的开关沿也会产生寄生电容。因此仅仅仰赖变压器绕组的功能型隔离是不明智的。双重型或基本型的隔离因变压器内部绕组之间多加了一层绝缘材料，因此可以提供更高的安全保障。
综上所述，我们建议选择远高于预期的电压峰值的隔离电压。如果与基本型或增强型隔离相结合，igbt转换器的可靠性可以大幅度提升。事实上，厂商不会都在规格书中提供足够的产品信息，这会让工程师很难在同类产品中做比较。有的规格书中的隔离耐压的测试时间是「一秒」，而其他的规格书却是「一分钟」或「连续的」。测试的时间越久，隔离耐压值越低。为了确保使用者可以精确地判断隔离值，recom研发出一个隔离值计算器（如图4所示），它可以让您简单的比较不同产品之间的隔离差异。
高性能的recom igbt转换器
为了尽可能满足各种应用的需求，recom推出了7种系列igbt转换器。所有转换器在5v、12v或24v的输入电压时具有+15v和-9v的非对称输出，可谓是对igbt驱动专业定制的转换器。同时recom也提高了igbt转换器的隔离等级，从3kv （rh-xx1509d）到6.4kv （rxxp1509d）的隔离耐压可以很好的满足不同的应用。为了满足工程师对转换器的体积的要求，因此我们新系列igbt转换器为工程师提供了更多的尺寸选择：小巧型sip7封装 （rp-xx1509d）、常规型dip14封装 （rkz-xx1509d）、扁平微型dip24 （rv-xx1509d）。
这些1w和2w模块通过了en60950-1认证，符合rohs2和reach规范不含任何有害物质，并依照recom产品的惯例享有三年质量保证。
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标准变频器的设计
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图1：变频器原理图
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。
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。
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
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如滤波之后的电压在560v左右，所以隔离强度好像不是一个大问题。以经验来说，我们会认为隔离电压是滤波电压的两倍就已足够。但是如果考虑到高达16khz的开关频率和陡峭的开关沿，很明显也要把其他方面因素考虑进去以达到有效的隔离。因为开关速度通常都在μs的范围之内，所以绝缘失效并不会被立即发现。但是随着系统的运行，负载可以导致器件提前发生故障，正如俗话所说「水滴石穿」。
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这些1w和2w模块通过了en60950-1认证，符合rohs2和reach规范不含任何有害物质，并依照recom产品的惯例享有三年质量保证。
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