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可實現(xiàn)IGBT平滑切換的不對稱輸出電源模塊
為了利用風(fēng)能和太陽能等可再生能源，我們需要使用安全可靠、功能齊全的逆變器，而IGBT則是逆變器的主要元件。此外，IGBT在電力電子領(lǐng)域（如電機控制）發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，是*的組成部分。
IGBT還廣泛應(yīng)用于高電壓、大功率負載切換。在這種情況下，必須使用具有良好絕緣性能的隔離電源轉(zhuǎn)換器，以確保綠色能源要求，能夠安全可靠地為我們服務(wù)。
圖1所示的為光伏電站為IGBT應(yīng)用的一個典型例子，由圖可見，其中兩處使用了IGBT。
太陽能光伏電板的電壓會隨光照強度和天氣變化而產(chǎn)生波動，因此必須設(shè)置一個穩(wěn)壓裝置。而想要設(shè)計一個輸出電壓范圍在DC800V~1000V的穩(wěn)壓電路，就必須使用IGBT升壓轉(zhuǎn)換器。通常情況下，IGBT要與zui大功率點（MPP）跟蹤技術(shù)搭配應(yīng)用。無論是否存在陽光照射，MPP都可以確保各光伏模塊在*工作效率下運行。IGBT則在可變的頻繁開關(guān)下運行，該頻率可能會高達300kHz，這會讓相關(guān)元件產(chǎn)生巨大的電壓應(yīng)力。
圖1：必須通過加強型絕緣DC/DC轉(zhuǎn)換器來控制升壓轉(zhuǎn)換器和交流逆變器，
從而確保高壓側(cè)與低壓控制側(cè)具有良好的隔離性能。
顯而易見，經(jīng)升壓后的電源無法直接供應(yīng)至電網(wǎng)，因此需要第二級的IGBT模塊來進行二次逆變。脈寬調(diào)制信號是通過兩個相位相反的信號來控制IGBT的橋接電路。為獲得一個盡可能接近50Hz頻率的正弦波，必須將控制頻率設(shè)定在10～20kHz范圍內(nèi)。后級LC濾波器可使電壓穩(wěn)定輸出，讓輸出電壓順利實現(xiàn)并網(wǎng)。
IGBT控制——注意事項
我們已經(jīng)了解IGBT的工作方式，但還不清楚安裝DC/DC轉(zhuǎn)換器的目的是什么，只有對IGBT控制進行更進一步的研究才能搞清這一點。在IGBT驅(qū)動器的控制下，IGBT被集成到功率電路中，且各處的電壓值都不同（見圖1），因此必須將其與控制電路隔離開來。可以使用光電耦合器實現(xiàn)控制信號隔離，同時使用兩個加強型絕緣DC/DC轉(zhuǎn)換器使供電線路具有隔離性能。
為什么要使用兩個轉(zhuǎn)換器呢？這是由IGBT的屬性決定的，IGBT本質(zhì)上是金屬氧化物半導(dǎo)體電晶體管（MOSFET）和雙極晶體管的一種混合產(chǎn)物，是針對zui低損耗下的高功率開關(guān)而設(shè)計的。此開關(guān)接通是通過盡快對柵極提供電壓來進行的，但這一過程會產(chǎn)生*的電流峰值（di/dt），從而對元件產(chǎn)生巨大的電壓應(yīng)力。在di/dt值處于可容許范圍內(nèi)時，zui大開關(guān)速度由柵極電阻RG決定。
以上是接通時的情況。在斷開時的情況則正好相反，必須使用負電壓控制盡快將柵極電壓VG 釋放。就對稱供電而言（需要使用+15V的電壓確保IGBT處于接通狀態(tài)），我們需要的是看似合理的-15V電壓。但柵極電壓的快速耗盡卻會產(chǎn)生*的電壓峰值（dv/dt），這往往又會降低元件的壽命。在這種情況下，可通過降低斷開時的控制電壓來解決這一問題。經(jīng)驗表明，VG-的*值應(yīng)為-9V，此時即可將柵電量盡快耗盡，又可使dv/dt值保持在可接受范圍內(nèi)。
圖2顯示了IGBT驅(qū)動器電路的工作原理。通過接通和斷開時的電流和電壓曲線，我們可看出IGBT控制所面臨的問題。在這種情況下，工程師通常有兩種選擇：（1）選擇具有一個轉(zhuǎn)換器和±15V電壓的緊湊型設(shè)計方案，當(dāng)斷開時其所有相關(guān)缺點均會顯現(xiàn)；（2）選擇含兩個轉(zhuǎn)換器（電壓分別為15V和-9V）的更為有效的解決方案，但該方案成本更高一些。