高隔离 DC/DC 转换器符合绿色环保要求

2022-12-2

在气候变化挑战和可持续发展的推动下，绿色能源革命正在顺利进行着。RECOM 高隔离 DC/DC 转换器在绿色能源的设计中发挥着关键作用。

太阳能是全球最干净、最丰富的可再生能源，在可持续能源系统的发展过程扮演着重要角色。在过去十年中全球光伏 (PV) 发电量呈指数级增长。2021 年新增量约 183GW，预计全球光伏量将超过 1000GW（1 太瓦）。

美国能源部计划到 2050 年安装 5TWh 的电网存储容量，这只能满足美国的能源需求。太阳能转换系统将太阳能转化为电能，然后馈送到公用电网或由离网电网使用，而收集到的电能由功率转换器处理。

光伏太阳能电池板产生高压直流输出，由高压三相逆变器转为交流电。图 1 为典型的无变压器太阳能转换系统框图，在逆变器级使用了 IGBT。

图 1：典型无变压器太阳能转换系统框图（来源：德州仪器）

该转换器同时使用高压和低压电路。直流轨电压可以达到 1000 V 或以上，同时逆变器模块通常与地面浮接几百伏，因此为了功能目的和安全性必须要有隔离。

光耦合器为控制信号提供隔离，但栅极驱动器电源也必须隔离。该隔离电源由一个 DC/DC 转换器组成来为 IGBT 设备提供 +15/-9 V，为SiC MOSFETs提供 +20/-5 V（第二代设备则为 +15/-3 V）或为 GaN HEMT 提供 +6 V +9 V。DC/DC 转换器最简单的功能性隔离每秒可以承受 1 kV DC，但这对上桥臂栅极驱动器来说是不够的。DC/DC 隔离电压通常至少是工作电压的两倍，但这些大功率晶体管产生的高温和快速开关边沿会额外地对绝缘层施加压力，因此需要高度隔离的 DC/DC 转换器来为栅极驱动器供电。

RECOM 的隔离 DC/DC 转换器是一个很适合隔离式栅极驱动器的电源解决方案，无论该设计是要使用 IGBT、SiC MOSFET 还是 GaN 功率器件。RECOM 提供一系列隔离式DC/DC转换器模块，可为 IGBT、SiC MOSFET 或 GaN HEMT 功率器件提供高效的电源解决方案。这些转换器的特点包括不对称输出电压、高隔离电压和低隔离电容。

最适合流行的电源开关技术的RECOM DC/DC 转换器系列有哪些？

IGBT功率器件

RECOM 的 DC/DC 转换器 RH、RV、RP、RGZ、RKZ、RxxPxx 和 RxxP2xx 系列专为 IGBT 驱动电路设计。它们具有 +15 V 和 -9 V 不对称输出因此仅须使用一个 DC/DC 转换器即可为 IGBT 驱动器供电。RECOM 提供各种引脚排列的 SIP 和 DIP 封装以配合不同的 IGBT 应用。

SiC MOSFETs

RxxP22005D 和 RKZ-xx2005D 系列具有 +20 V 和 -5 V 的不对称输出，可高效且有效地开关 SiC MOSFET。RxxP21503D 系列的不对称输出电压为 +15 V 和 -3 V 的，特别适合第二代 SiC MOSFET。

GaN HEMTs

高转换率 GaN 晶体管驱动器，配合具有高隔离电压和低隔离电容的 RECOM DC/DC 转换器 RP-xx06S 和 RxxP06S 系列，达到了 +6 V 开关的最佳性能。考虑到 GaN 应用有更高噪声和干扰，RECOM 也提供具有 +9 V 输出的转换器，可通过齐纳二极管将其分为 +6 V 和 -3 V，在关断时提供负栅极电压以确保栅极电压保持在开启阈值以下。

为栅极驱动器优化的RA3 系列

RECOM 的全新 3W 非稳压 DC/DC 转换器 RA3 系列是专为晶体管栅极驱动器供电所设计。模块的输入电压为 5、12 或 24 V DC，具有单路或双路不对称输出以搭配现在市场上最新的 Si、SiC 和 GaN 晶体管。紧凑的 SMD 设计将所需的电路板空间极小化，尤其针对多层 PCB。这些模块提供强大的 5.2 kV DC/1 分钟隔离和小于 10 pF 的隔离电容。效率在 78% 至 82% 之间，满载时工作温度为 -40°C 至 +85°C，符合太阳能逆变器、感应加热、电信、EV 电池充电器和电机驱动的严格环境要求。

R-REF01_HB评估板

R-REF01-HB 半桥栅极驱动电源参考设计可用来比较各种高功率开关技术的真实性能表现。该设计包括一个可高达 1 kV DC 电压的半桥电路和一个完全隔离的驱动器级和隔离电源来为下桥和上桥开关晶体管供电。R-REF01-HB 配备两个 R12P22005D、R12P21503D、R12P21509D和 R12P06S DC/DC 转换器，可以提供栅极驱动电压给 IGBT、SiC 和 GaN 器件。

RECOM 栅极驱动器生态系统

RECOM 提供强大的资源支持栅极驱动器系列产品。相关的白皮书 “使用IGBT和SIC MOSFET来设计可靠耐用之晶体管电路”也可在此处下载，另外也有应用笔记可供下载阅读。

应用

	系列
1	RA3 重点	3 W 隔离式 DC/DC 转换器 5.2 kVDC/1 min 的高隔离电压	宽工作温度范围：-40°C 至 +85°C IGBT/Si/SiC/GaN 栅极驱动电源的理想选择	数据表
2	RP 重点	独立绕组的壶形铁芯变压器虽然尺寸小巧，但具有高达 5.2 kVDC/1 s 的基本隔离	连续短路保护（可选）效率最高可达 82%	数据表
3	R-REF01-HB	半桥电压高达 1 kV TTL 兼容信号输入	15 V 至 42 V 单电源直通短路保护	数据表
4	RGZ	2 W 单路和双路输出，采用 DIP14 封装 3 kVDC 或 4 kVDC 隔离电压	连续短路保护（可选）提供定制解决方案	数据表
5	RH	3kVDC/1 s 或 4 kVDC/1 s 隔离电压连续短路保护（可选）	UL94V-0 封装材料效率最高可达 84%	数据表
6	RKZ	高隔离 2 W 转换器 3 kVDC/1 s 和 4 kVDC/1 s 基本隔离电压	UL94V-0 封装材料连续短路保护（可选）	数据表
7	RKZ-xx2005	功率共享每秒 3 kVDC 和 4 kVDC 的高隔离	效率最高可达 87% -40°C 至 +85°C 的宽范围工作温度	数据表
8	RP-xx06	6 V 输出，适用于 GaN 驱动器应用具有独立绕组的壶形铁芯变压器	5.2 kVDC 高隔离，尺寸紧凑低隔离电容（最高为 10 pF）	数据表
9	RV	通过 UL/CSA/IEC/EN 安全认证并获得 CB 报告 6 kVDC/1 s 隔离电压	连续短路保护（可选）效率最高可达 82%	数据表
10	RxxP06	6 V 输出，适用于 GaN 驱动器应用具有独立绕组的壶形铁芯变压器	5.2 kVDC 高隔离，尺寸紧凑低隔离电容（最高为 10 pF）	数据表
11	RxxP21503	+20/-5 V 和 +15/-3 V 非对称输出，适用于 SiC 驱动器应用符合共模电压为 1 KV 时的 65 kV/μs 要求	+15/-9 V 非对称输出，适用于 IGBT 驱动器应用具有独立绕组的壶形铁芯变压器	数据表
12	RxxP22005	+20/-5 V 和 +15/-3 V 非对称输出，适用于 SiC 驱动器应用符合共模电压为 1 KV 时的 65 kV/μs 要求	+15/-9 V 非对称输出，适用于 IGBT 驱动器应用具有独立绕组的壶形铁芯变压器	数据表
13	RxxP2xx	符合共模电压为 1 KV 时的 65 kV/μs 要求隔离电压为 6.4 kVDC	连续短路保护（可选）独特的变压器系统	数据表
14	RxxPxx	通过 UL/CSA 和 IEC/EN 安全认证 6.4 kVDC 高隔离	连续短路保护（可选） /X2 型号的输入/输出间隙 > 9 mm	数据表