PI推出兩款采用遙測(cè)技術(shù)的門極驅(qū)動(dòng)器

在PCIM Europe 2023上，Power Integrations展示了新推出的兩款即插即用驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品，一款是適用于100mmx140mm IGBT/SiC，并具有NTC溫度檢測(cè)功能的SCALE-iFlex LT NTC門極驅(qū)動(dòng)器，另一款是適用與190mmX140mm IGBT的數(shù)字型驅(qū)動(dòng)器1SP0635V2A0D。

PI系統(tǒng)工程師經(jīng)理王皓指出，從全球能源供應(yīng)形式看，轉(zhuǎn)向新能源是大勢(shì)所趨。PI不斷推出各種新產(chǎn)品，持續(xù)滿足風(fēng)能、光伏以及高壓直流輸電、軌道交通等應(yīng)用領(lǐng)域的碳中和需求。

▋?yōu)樾履茉磻?yīng)用量身定制的并聯(lián)門極驅(qū)動(dòng)器

王皓介紹說(shuō)，PI的SCALE-iFlex LT NTC的發(fā)布，是對(duì)PI現(xiàn)有并聯(lián)方案產(chǎn)品家族SCALE-iFlex的再次擴(kuò)充。其關(guān)鍵特點(diǎn)是可以給用戶提供隔離的NTC溫度信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)變換器系統(tǒng)的精確溫升管理，同時(shí)該產(chǎn)品可以驅(qū)動(dòng)耐壓在3300V以內(nèi)的SiC的功率模塊，以幫助用戶開(kāi)發(fā)更高效節(jié)能的碳化硅變流器。加入NTC檢測(cè)功能后，該產(chǎn)品依舊保留了SCAL-iFlex家族產(chǎn)品優(yōu)良的均流性能。在產(chǎn)品安裝方面，該產(chǎn)品的IMC可以直接安裝在半導(dǎo)體模塊上方，為客戶的變流器結(jié)構(gòu)的空間利用提供了更好的選擇。

SCALE-iFlex LT NTC的一大特點(diǎn)是集成了隔離的NTC信號(hào)檢測(cè)和傳輸功能，實(shí)現(xiàn)了原有產(chǎn)品的技術(shù)突破。該驅(qū)動(dòng)器采用PI獨(dú)有的并聯(lián)結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，可以很精確地控制并聯(lián)開(kāi)關(guān)模塊之間的均流，精度優(yōu)于±5%，從而達(dá)到提高系統(tǒng)功率的目的。

測(cè)試和仿真表明，每個(gè)模塊都具有很好的均流特性?？蛻粼谧鱿到y(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)可以更充分地利用模塊的效率，減少模塊的電流降額。另外，采用短環(huán)路和本地驅(qū)動(dòng)的并聯(lián)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)門極驅(qū)動(dòng)器的本地控制，回路緊貼IGBT本體使開(kāi)通和電壓斜率緊密匹配，快速實(shí)現(xiàn)本地化保護(hù)。每個(gè)并聯(lián)IGBT都有完全相同的門極回路，也都有獨(dú)自的過(guò)壓保護(hù)和短路保護(hù)功能。

在空間緊湊的100mmx140mm封裝上提供隔離的NTC溫度檢測(cè)功能是該驅(qū)動(dòng)器的一大特色。該產(chǎn)品的每個(gè)門極適配板（MAG）都集成了NTC檢測(cè)電路功能，以讀取半導(dǎo)體模塊模塊內(nèi)置的NTC熱敏電阻，來(lái)獲取IGBT/SiC的結(jié)溫信息，然后各個(gè)門極適配版將其對(duì)應(yīng)的結(jié)溫信息經(jīng)過(guò)電路處理后將數(shù)據(jù)變換成電壓信號(hào)，通過(guò)智能主控器（IMC）變成頻率信號(hào)，由原邊低壓側(cè)控制端子傳遞給逆變器系統(tǒng)控制單元，以了解每個(gè)模塊運(yùn)行中的結(jié)溫，快速發(fā)現(xiàn)模塊過(guò)溫，實(shí)現(xiàn)連續(xù)系統(tǒng)監(jiān)控。

值得一提的是，該產(chǎn)品在加入NTC檢測(cè)功能后，依然保留了SACLE-iFlex良好的并聯(lián)特性，對(duì)并聯(lián)開(kāi)關(guān)模塊的實(shí)測(cè)顯示，2個(gè)FF1800XTR17T2P5模塊的均流在開(kāi)通瞬間非常一致。由于具備有源鉗位（AAC）功能，關(guān)斷時(shí)尖峰問(wèn)題也控制得很好。

精確控制并聯(lián)開(kāi)關(guān)模塊之間的均流

SCALE-iFlex LT NTC通過(guò)絕緣母線由MAG向IMC提供四個(gè)模塊門極驅(qū)動(dòng)器的集成溫度報(bào)告。MAG板上的NTC檢測(cè)功能通過(guò)線纜與MAG板連接，將NTC溫度傳遞給MAG板，實(shí)現(xiàn)精確的溫度管理，以非常緊湊的模塊提供更大的功率。

據(jù)介紹，為了進(jìn)一步節(jié)省空間，單個(gè)2SILT1200T IMC單元最多可并聯(lián)四個(gè)由MAG驅(qū)動(dòng)的功率模塊，由于其外形緊湊，該單元也可以安裝在功率模塊上。

MAG通過(guò)絕緣母線向IMC提供集成溫度報(bào)告

內(nèi)置NTC有助于增加系統(tǒng)功率，一是通過(guò)對(duì)模塊溫度的檢測(cè)，利用控制器管理和平衡模塊溫度、消除對(duì)靜態(tài)熱計(jì)算的依賴，為系統(tǒng)增加30%的額定功率。與外部NTC檢測(cè)的傳統(tǒng)四并聯(lián)方案對(duì)比，SCALE-iFlex LT NTC通過(guò)每個(gè)通道的線纜將所有模塊連接在一起，既簡(jiǎn)化了架構(gòu)，也提高了安全性，同時(shí)減少了電纜使用和電弧風(fēng)險(xiǎn)。

內(nèi)置NTC可增加系統(tǒng)功率

SCALE-iFlex LT NTC是一個(gè)非常緊湊的方案，可適配流行的100mm×140mm IGBT半橋模塊，支持LV100、XHP 2 IGBT及同等高壓功率模塊，絕緣耐壓高達(dá)3.3kV，同時(shí)也支持SiC模塊。其主要應(yīng)用是風(fēng)電變流器、光伏和儲(chǔ)能應(yīng)用。

SCALE-iFlex LT NTC LT適用于風(fēng)電等新能源應(yīng)用

除了可擴(kuò)展的系統(tǒng)電流和出色的均流控制，SCALE-iFlex LT NTC的最大特點(diǎn)是具有很高的機(jī)械靈活性，線纜連接方式可以由客戶自己掌控模塊與模塊的間距，以適配不同的設(shè)計(jì)需求，例如風(fēng)冷散熱方案，需要在模塊之間留出一定距離，以便散熱；又如水冷方案，可以縮小模塊之間距離，采用并聯(lián)軟連接方式支持最多4個(gè)并聯(lián)模塊，實(shí)現(xiàn)恒定的開(kāi)關(guān)性能。

此外，該方案還提供退飽和檢測(cè)和短路檢測(cè)保護(hù)功能，以保證在模塊和整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)關(guān)掉系統(tǒng)，防止發(fā)生IGBT失效。

安裝在LV100模塊上的模塊適配型門極驅(qū)動(dòng)器

如果客戶的應(yīng)用環(huán)境條件比較惡劣，PI可以提供三防漆保護(hù)工藝，以提高板的使用壽命和安全可靠性。該系列產(chǎn)品還通過(guò)了IEC 61000-4-x（EMI）、IEC-60068-2-x（環(huán)境）和IEC-60068-2-x（機(jī)械）標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，以及低壓、高壓和熱循環(huán)等全面測(cè)試。

▋提供串行接口和遙測(cè)報(bào)告的數(shù)字化門極驅(qū)動(dòng)器

王皓介紹的第二款新產(chǎn)品是針對(duì)3.3kV IHM和IHV IGBT模塊的單通道門極驅(qū)動(dòng)器1SP0635V2A0D，適配模塊尺寸為190mm×140mm。它將PI成熟可靠的SCALE-2開(kāi)關(guān)性能和保護(hù)特性與可配置隔離串行輸出接口相結(jié)合，增強(qiáng)了驅(qū)動(dòng)器的設(shè)置靈活性，且能提供全面的遙測(cè)報(bào)告，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的壽命估算。

據(jù)介紹，該驅(qū)動(dòng)器提供的遙測(cè)數(shù)據(jù)包括

溫度檢測(cè)，母線電壓檢測(cè)，門極監(jiān)控和短路保護(hù)。

溫度包括驅(qū)動(dòng)板溫度信息和外部溫度信息

?驅(qū)動(dòng)板溫度信息是通過(guò)板載的熱敏電阻實(shí)現(xiàn)

?外接溫度信息是通過(guò)外接熱敏電阻的形式實(shí)現(xiàn)，客戶可以自己靈活的選擇外置熱敏電阻的放置位置。其溫度信息最終會(huì)被驅(qū)動(dòng)檢測(cè)并通過(guò)串口通訊協(xié)議輸出

母線電壓檢測(cè)：該驅(qū)動(dòng)可以提供母線電壓信息，并通過(guò)串口通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，可以幫助客戶節(jié)省額外的母線電壓檢測(cè)系統(tǒng)。

門極監(jiān)控：該驅(qū)動(dòng)內(nèi)部直接對(duì)門極電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和保護(hù)。相比傳統(tǒng)的欠壓保護(hù)，該驅(qū)動(dòng)可以更準(zhǔn)確，直接的為用戶提供門極電壓的健康狀態(tài)，保證驅(qū)動(dòng)在工作中，其門極正壓和門極負(fù)壓均在定義的電壓范圍內(nèi)，且狀態(tài)會(huì)實(shí)時(shí)通過(guò)串口協(xié)議進(jìn)行傳輸，可以讓用戶對(duì)動(dòng)態(tài)的門極電壓電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

短路保護(hù)：該驅(qū)動(dòng)依然配備基于退飽和特性的成熟的短路檢測(cè)方案，在故障狀態(tài)下，可以快速的響應(yīng)和處理短路故障?？紤]到短路保護(hù)信號(hào)的重要程度，該故障數(shù)據(jù)的傳輸頻率是其他數(shù)據(jù)信息的幾倍以上，以保證變流器系統(tǒng)在故障時(shí)刻可以及時(shí)的收到信息。

推出這款產(chǎn)品的最大意義在于給客戶提供更多的驅(qū)動(dòng)信息，包括溫度、器件和母線狀態(tài)，讓客戶對(duì)整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)有更清晰的了解，有助于預(yù)測(cè)性維護(hù)和整機(jī)生命周期建模，以顯著降低系統(tǒng)維護(hù)成本，并提高系統(tǒng)可靠性。

提供全面遙測(cè)報(bào)告的即插即用型門極驅(qū)動(dòng)器

關(guān)于驅(qū)動(dòng)器細(xì)節(jié)，他介紹說(shuō)，首先1SP0635V2A0D是適配高達(dá)3.3kV IHM/IHV IGBT模塊的單通道即插即用型門極驅(qū)動(dòng)器。

適配3.3kV IGBT模塊

通常，在較大的系統(tǒng)中，客戶需要對(duì)系統(tǒng)直流母線電壓進(jìn)行檢測(cè)，并與驅(qū)動(dòng)板母線電壓進(jìn)行比較，以了解母線電壓的健康程度；同時(shí)還需要門極電壓和門極監(jiān)控功能。傳統(tǒng)方案提供的功能一般是副邊供電側(cè)線電壓檢測(cè)，新的驅(qū)動(dòng)器將檢測(cè)點(diǎn)從副邊供電側(cè)轉(zhuǎn)移到IGBT門極電壓點(diǎn)，直接對(duì)門極電壓采樣和監(jiān)控，以實(shí)時(shí)獲得控制側(cè)門極電壓的健康狀態(tài)，出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)及時(shí)報(bào)警并執(zhí)行相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作；同時(shí)也然配備了短路檢測(cè)和保護(hù)。

在數(shù)據(jù)傳輸方面，通過(guò)光纖接口簡(jiǎn)化75kHz頻率的通信，將所有采集到的數(shù)據(jù)與系統(tǒng)控制端進(jìn)行交互?？蛻艨梢酝ㄟ^(guò)串口讀取所有數(shù)據(jù)，包括溫度、母線電壓、門極電壓、門極健康程度，以及是否有短路情況發(fā)生。除此之外，對(duì)于高壓板，還額外提供了外部DC-DC隔離板供電。

1SP0635V2A0D門極驅(qū)動(dòng)器

1SP0635V2A0D的系統(tǒng)級(jí)優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在通過(guò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和溫度檢測(cè)，客戶可以了解IGBT的應(yīng)力或老化程度，并預(yù)測(cè)維護(hù)需求。狀態(tài)監(jiān)控則增強(qiáng)了安全性和可靠性，降低了復(fù)雜性和成本。

該產(chǎn)品也是PI發(fā)布的第一款數(shù)字化驅(qū)動(dòng)器，數(shù)字化的靈活性有助于實(shí)現(xiàn)先進(jìn)保護(hù)特性的數(shù)字化定制，以滿足客戶越來(lái)越多樣化的的需求，具體內(nèi)容包括特定NTC范圍、特定檢測(cè)周期、特定門極電壓監(jiān)測(cè)或報(bào)警需求等。此外，為保證軌道交通等領(lǐng)域的性能和可靠性，PI還提供板級(jí)、驅(qū)動(dòng)器24小時(shí)老化工藝。

1SP0635V2A0D的系統(tǒng)級(jí)優(yōu)勢(shì)

同樣，1SP0635V2A0D門極驅(qū)動(dòng)器也提供三防漆雙面涂覆。雖然該驅(qū)動(dòng)器集成了這么多功能，但外形尺寸基本上保持與原來(lái)的產(chǎn)品非常接近，不會(huì)占用客戶的空間，使用也非常簡(jiǎn)單。據(jù)介紹，將在2023年11月投產(chǎn)的1SP0635V2A0D的主要應(yīng)用包括軌道牽引逆變器、電網(wǎng)和中壓變頻器。

其全面的測(cè)試和認(rèn)證涵蓋IEC 61373標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)沖擊測(cè)試、IEC 62236-3-2標(biāo)準(zhǔn)EMC測(cè)試、IEC 60068-2-x標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境測(cè)試（冷、干熱、熱循環(huán)、濕熱）。測(cè)試設(shè)施包括內(nèi)部實(shí)驗(yàn)室和經(jīng)過(guò)認(rèn)證的第三方實(shí)驗(yàn)室，用于環(huán)境測(cè)試的熱處理室為PI自有設(shè)施。

由于串行狀態(tài)輸出協(xié)議包含關(guān)鍵的實(shí)時(shí)測(cè)量，有利于進(jìn)行高級(jí)操作驗(yàn)證，并顯著提高逆變器運(yùn)行狀況、可靠性和效率的整體可見(jiàn)性。工程師可以根據(jù)PI標(biāo)準(zhǔn)的即插即用協(xié)議調(diào)整監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)，或在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)階段要求PI工程師進(jìn)行自定義調(diào)整。

總之，PI此次推出的兩款采用遙測(cè)技術(shù)的門極驅(qū)動(dòng)器將有助于進(jìn)一步提升大功率模塊和系統(tǒng)的安全性和可靠性，為各種大功率應(yīng)用保駕護(hù)航。
責(zé)任編輯：彭菁