直流輸電、SVG無功補償、高壓大功率變頻器、風電、光伏、電動汽車......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。
本文通過實例詳細講解IGBT大功率變流器設(shè)計技術(shù)。IGBT大功率變流器設(shè)計技術(shù)涉及多項技術(shù)，本文只介紹功率單元（功率模塊）的硬件設(shè)計。
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)動高壓大功率電機的調(diào)速系統(tǒng)，變流器由多個功率單元串聯(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，前進風，右邊是功率器件。AC690V三相輸入，由4個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
整個功率單元就一塊PCB，左邊是4路IGBT的驅(qū)動保護電路，中下是開關(guān)電源，右邊是信號處理。我重點介紹IGBT的驅(qū)動保護電路。
圖五：驅(qū)動電路照片
圖六：驅(qū)動電路原理圖
上面的 “圖六：驅(qū)動電路原理圖”是我根據(jù)實物測繪的。
下面的“圖七：驅(qū)動電路原理圖（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物是比較早期的產(chǎn)品，所以兩個原理圖略有差異。
圖七：驅(qū)動電路原理圖（羅賓康）
圖八：開關(guān)電源原理圖
IGBT的驅(qū)動電路的設(shè)計有幾個要點：
1、驅(qū)動電路的供電電壓
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)動的供電。必須將單一的28V分為正負，“圖六：驅(qū)動電路原理圖”中由R51和ZD1（穩(wěn)壓管）進行分壓。IGBT導通的最佳驅(qū)動電壓是+15V，最大允許1.5V上下波動。驅(qū)動電路使用的IC為PC929，這是一個極為常用的IC，這里就不作詳細介紹。PC929的驅(qū)動能力只有0.4A，肯定是不夠的，必須擴容。這樣，供電電壓與驅(qū)動輸出電壓就有2V的壓差，分壓值應該為+17V和-11V。
2、驅(qū)動電路的短路保護
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。同時這些阻容（加上R63）的參數(shù)也決定了盲區(qū)時間。
3、驅(qū)動故障回報的光耦選型
驅(qū)動故障回報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)動保護電路設(shè)計。
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）
圖十一：使用HCPL-316J的控制板
1、四路IGBT驅(qū)動電路在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）”中可以看到，這個開關(guān)電源由24V供電，用了兩個變壓器(臥式EE19)，初級并聯(lián)，每個變壓器給兩路驅(qū)動電路提供隔離供電。實際設(shè)計中，還有多個變壓器的初級并聯(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。