直流輸電、SVG無功補(bǔ)償、高壓大功率變頻器、風(fēng)電、光伏、電動(dòng)汽車......絕大部分的大功率變流器廣泛采用IGBT，IGBT在大功率電力電子設(shè)備中的重要地位不言而喻。
本文通過實(shí)例詳細(xì)講解IGBT大功率變流器設(shè)計(jì)技術(shù)。IGBT大功率變流器設(shè)計(jì)技術(shù)涉及多項(xiàng)技術(shù)，本文只介紹功率單元（功率模塊）的硬件設(shè)計(jì)。
首先，介紹西門子旗下羅賓康公司的產(chǎn)品，高壓大功率變頻器的功率單元，羅賓康公司原是美國的公司，后被西門子收購。高壓大功率變頻器是驅(qū)動(dòng)高壓大功率電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)，變流器由多個(gè)功率單元串聯(lián)組成。
我們來看一些圖片：
下圖，圖一，功率單元外觀
上圖就是羅賓康的功率單元，上部是電解電容箱，電容箱的右側(cè)是控制板。下部是功率電路，左邊是散熱器，前進(jìn)風(fēng)，右邊是功率器件。AC690V三相輸入，由4個(gè)IGBT組成全橋逆變，單相輸出。圖中中間三根電纜是輸入上下兩邊的電纜是輸出。
圖三，功率器件2
靠近熔斷器的模塊是IGBT，靠近散熱器尾部的模塊是三相整流橋。
圖四，控制板
整個(gè)功率單元就一塊PCB，左邊是4路IGBT的驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路，中下是開關(guān)電源，右邊是信號處理。我重點(diǎn)介紹IGBT的驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路。
圖五：驅(qū)動(dòng)電路照片
圖六：驅(qū)動(dòng)電路原理圖
上面的 “圖六：驅(qū)動(dòng)電路原理圖”是我根據(jù)實(shí)物測繪的。
下面的“圖七：驅(qū)動(dòng)電路原理圖（羅賓康）”是羅賓康提供的技術(shù)文件中的原理圖。
我所得到的羅賓康功率單元實(shí)物是比較早期的產(chǎn)品，所以兩個(gè)原理圖略有差異。
圖七：驅(qū)動(dòng)電路原理圖（羅賓康）
圖八：開關(guān)電源原理圖
IGBT的驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)有幾個(gè)要點(diǎn)：
1、驅(qū)動(dòng)電路的供電電壓
從“圖八：開關(guān)電源原理圖”上可以看到，有4路28V輸出，這是給4路IGBT驅(qū)動(dòng)的供電。必須將單一的28V分為正負(fù)，“圖六：驅(qū)動(dòng)電路原理圖”中由R51和ZD1（穩(wěn)壓管）進(jìn)行分壓。IGBT導(dǎo)通的最佳驅(qū)動(dòng)電壓是+15V，最大允許1.5V上下波動(dòng)。驅(qū)動(dòng)電路使用的IC為PC929，這是一個(gè)極為常用的IC，這里就不作詳細(xì)介紹。PC929的驅(qū)動(dòng)能力只有0.4A，肯定是不夠的，必須擴(kuò)容。這樣，供電電壓與驅(qū)動(dòng)輸出電壓就有2V的壓差，分壓值應(yīng)該為+17V和-11V。
2、驅(qū)動(dòng)電路的短路保護(hù)
PC929的9腳是檢測IGBT是否短路的，該腳是很靈敏的，極易受干擾，所以，用R83，R64，C17，D23，R49，C6（圖七）組成了濾波電路。同時(shí)這些阻容（加上R63）的參數(shù)也決定了盲區(qū)時(shí)間。
3、驅(qū)動(dòng)故障回報(bào)的光耦選型
驅(qū)動(dòng)故障回報(bào)的光耦選型必須選用高抗共模干擾的光耦，如圖七中的（PS5）TLP421，可替代型號有TLP781、PS2501。這類光耦的輸入/輸出的電容都很小。
再來看看我的IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路設(shè)計(jì)。
圖九：使用HCPL-316J的原理圖
圖十：開關(guān)電源原理圖（我的設(shè)計(jì)）
圖十一：使用HCPL-316J的控制板
1、四路IGBT驅(qū)動(dòng)電路在PCB板的中上部，由于使用的HCPL-316J的功能很全，比PC929使用的元件少，所以，占用的PCB板面積很小。
2、給四路驅(qū)動(dòng)電路供電的開關(guān)電源的主電路在PCB板的中下部，變壓器在兩路驅(qū)動(dòng)電路（同一橋臂的IGBT）的之間，從“圖十：開關(guān)電源原理圖（我的設(shè)計(jì)）”中可以看到，這個(gè)開關(guān)電源由24V供電，用了兩個(gè)變壓器(臥式EE19)，初級并聯(lián)，每個(gè)變壓器給兩路驅(qū)動(dòng)電路提供隔離供電。實(shí)際設(shè)計(jì)中，還有多個(gè)變壓器的初級并聯(lián)，提供了多路隔離供電。
3、“圖九”中的C719、C720、R712組成防干擾濾波電路。