可实现IGBT平滑切换的不对称输出电源模块
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IGBT还广泛应用于高电压、大功率负载切换。在这种情况下，必须使用具有良好绝缘性能的隔离电源转换器，以确保绿色能源要求，能够安全可靠地为我们服务。 图1所示的为光伏电站为IGBT应用的一个典型例子，由图可见，其中两处使用了IGBT。 太阳能光伏电板的电压会随光照强度和天气变化而产生波动，因此必须设置一个稳压装置。而想要设计一个输出电压范围在DC800V~1000V的稳压电路，就必须使用IGBT升压转换器。通常情况下，IGBT要与最大功率点(MPP)跟踪技术搭配应用。无论是否存在阳光照射，MPP都可以确保各光伏模块在最佳工作效率下运行。IGBT则在可变的频繁开关下运行，该频率可能会高达300kHz，这会让相关元件产生巨大的电压应力。 图1：必须通过加强型绝缘DC/DC转换器来控制升压转换器和交流逆变器，从而确保高压侧与低压控制侧具有良好的隔离性能。 显而易见，经升压后的电源无法直接供应至电网，因此需要第二级的IGBT模块来进行二次逆变。脉宽调制信号是通过两个相位相反的信号来控制IGBT的桥接电路。为获得一个尽可能接近50Hz频率的正弦波，必须将控制频率设定在10～20kHz范围内。后级LC滤波器可使电压稳定输出，让输出电压顺利实现并网。 IGBT控制——注意事项 我们已经了解IGBT的工作方式，但还不清楚安装DC/DC转换器的目的是什么，只有对IGBT控制进行更进一步的研究才能搞清这一点。在IGBT驱动器的控制下，IGBT被集成到功率电路中，且各处的电压值都不同(见图1)，因此必须将其与控制电路隔离开来。可以使用光电耦合器实现控制信号隔离，同时使用两个加强型绝缘DC/DC转换器使供电线路具有隔离性能。 为什么要使用两个转换器呢?这是由IGBT的属性决定的，IGBT本质上是金属氧化物半导体电晶体管(MOSFET)和双极晶体管的一种混合产物，是针对最低损耗下的高功率开关而设计的。此开关接通是通过尽快对栅极提供电压来进行的，但这一过程会产生极高的电流峰值(di/dt)，从而对元件产生巨大的电压应力。在di/dt值处于可容许范围内时，最大开关速度由栅极电阻RG决定。 以上是接通时的情况。在断开时的情况则正好相反，必须使用负电压控制尽快将栅极电压VG 释放。就对称供电而言(需要使用 15V的电压确保IGBT处于接通状态)，我们需要的是看似合理的-15V电压。但栅极电压的快速耗尽却会产生极高的电压峰值(dv/dt)，这往往又会降低元件的寿命。在这种情况下，可通过降低断开时的控制电压来解决这一问题。经验表明，VG-的最佳值应为-9V，此时即可将栅电量尽快耗尽，又可使dv/dt值保持在可接受范围内。 该文本框概述了上述数值间的关系 图2显示了IGBT驱动器电路的工作原理。通过接通和断开时的电流和电压曲线，我们可看出IGBT控制所面临的问题。在这种情况下，工程师通常有两种选择：(1)选择具有一个转换器和±15V电压的紧凑型设计方案，当断开时其所有相关缺点均会显现;(2)选择含两个转换器(电压分别为15V和-9V)的更为有效的解决方案，但该方案成本更高一些。 |
