PI推出兩款采用遙測技術的門極驅動器

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

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

▋?yōu)樾履茉磻昧可矶ㄖ频牟⒙?lián)門極驅動器

王皓介紹說，PI的SCALE-iFlex LT NTC的發(fā)布，是對PI現(xiàn)有并聯(lián)方案產(chǎn)品家族SCALE-iFlex的再次擴充。其關鍵特點是可以給用戶提供隔離的NTC溫度信號，從而實現(xiàn)用戶對變換器系統(tǒng)的精確溫升管理，同時該產(chǎn)品可以驅動耐壓在3300V以內(nèi)的SiC的功率模塊，以幫助用戶開發(fā)更高效節(jié)能的碳化硅變流器。加入NTC檢測功能后，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體模塊上方，為客戶的變流器結構的空間利用提供了更好的選擇。

SCALE-iFlex LT NTC的一大特點是集成了隔離的NTC信號檢測和傳輸功能，實現(xiàn)了原有產(chǎn)品的技術突破。該驅動器采用PI獨有的并聯(lián)結構驅動技術，可以很精確地控制并聯(lián)開關模塊之間的均流，精度優(yōu)于±5%，從而達到提高系統(tǒng)功率的目的。

測試和仿真表明，每個模塊都具有很好的均流特性?？蛻粼谧鱿到y(tǒng)設計時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)路和本地驅動的并聯(lián)技術可以實現(xiàn)門極驅動器的本地控制，回路緊貼IGBT本體使開通和電壓斜率緊密匹配，快速實現(xiàn)本地化保護。每個并聯(lián)IGBT都有完全相同的門極回路，也都有獨自的過壓保護和短路保護功能。

在空間緊湊的100mmx140mm封裝上提供隔離的NTC溫度檢測功能是該驅動器的一大特色。該產(chǎn)品的每個門極適配板（MAG）都集成了NTC檢測電路功能，以讀取半導體模塊模塊內(nèi)置的NTC熱敏電阻，來獲取IGBT/SiC的結溫信息，然后各個門極適配版將其對應的結溫信息經(jīng)過電路處理后將數(shù)據(jù)變換成電壓信號，通過智能主控器（IMC）變成頻率信號，由原邊低壓側控制端子傳遞給逆變器系統(tǒng)控制單元，以了解每個模塊運行中的結溫，快速發(fā)現(xiàn)模塊過溫，實現(xiàn)連續(xù)系統(tǒng)監(jiān)控。

值得一提的是，該產(chǎn)品在加入NTC檢測功能后，依然保留了SACLE-iFlex良好的并聯(lián)特性，對并聯(lián)開關模塊的實測顯示，2個FF1800XTR17T2P5模塊的均流在開通瞬間非常一致。由于具備有源鉗位（AAC）功能，關斷時尖峰問題也控制得很好。

精確控制并聯(lián)開關模塊之間的均流

SCALE-iFlex LT NTC通過絕緣母線由MAG向IMC提供四個模塊門極驅動器的集成溫度報告。MAG板上的NTC檢測功能通過線纜與MAG板連接，將NTC溫度傳遞給MAG板，實現(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，為了進一步節(jié)省空間，單個2SILT1200T IMC單元最多可并聯(lián)四個由MAG驅動的功率模塊，由于其外形緊湊，該單元也可以安裝在功率模塊上。

MAG通過絕緣母線向IMC提供集成溫度報告

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

內(nèi)置NTC可增加系統(tǒng)功率

SCALE-iFlex LT NTC是一個非常緊湊的方案，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3.3kV，同時也支持SiC模塊。其主要應用是風電變流器、光伏和儲能應用。

SCALE-iFlex LT NTC LT適用于風電等新能源應用

除了可擴展的系統(tǒng)電流和出色的均流控制，SCALE-iFlex LT NTC的最大特點是具有很高的機械靈活性，線纜連接方式可以由客戶自己掌控模塊與模塊的間距，以適配不同的設計需求，例如風冷散熱方案，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個并聯(lián)模塊，實現(xiàn)恒定的開關性能。

此外，該方案還提供退飽和檢測和短路檢測保護功能，以保證在模塊和整個系統(tǒng)發(fā)生短路時關掉系統(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動器

如果客戶的應用環(huán)境條件比較惡劣，PI可以提供三防漆保護工藝，以提高板的使用壽命和安全可靠性。該系列產(chǎn)品還通過了IEC 61000-4-x（EMI）、IEC-60068-2-x（環(huán)境）和IEC-60068-2-x（機械）標準認證，以及低壓、高壓和熱循環(huán)等全面測試。

▋提供串行接口和遙測報告的數(shù)字化門極驅動器

王皓介紹的第二款新產(chǎn)品是針對3.3kV IHM和IHV IGBT模塊的單通道門極驅動器1SP0635V2A0D，適配模塊尺寸為190mm×140mm。它將PI成熟可靠的SCALE-2開關性能和保護特性與可配置隔離串行輸出接口相結合，增強了驅動器的設置靈活性，且能提供全面的遙測報告，實現(xiàn)準確的壽命估算。

據(jù)介紹，該驅動器提供的遙測數(shù)據(jù)包括

溫度檢測，母線電壓檢測，門極監(jiān)控和短路保護。

溫度包括驅動板溫度信息和外部溫度信息

?驅動板溫度信息是通過板載的熱敏電阻實現(xiàn)

?外接溫度信息是通過外接熱敏電阻的形式實現(xiàn)，客戶可以自己靈活的選擇外置熱敏電阻的放置位置。其溫度信息最終會被驅動檢測并通過串口通訊協(xié)議輸出

母線電壓檢測：該驅動可以提供母線電壓信息，并通過串口通信協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳送，可以幫助客戶節(jié)省額外的母線電壓檢測系統(tǒng)。

門極監(jiān)控：該驅動內(nèi)部直接對門極電壓進行實時檢測和保護。相比傳統(tǒng)的欠壓保護，該驅動可以更準確，直接的為用戶提供門極電壓的健康狀態(tài)，保證驅動在工作中，其門極正壓和門極負壓均在定義的電壓范圍內(nèi)，且狀態(tài)會實時通過串口協(xié)議進行傳輸，可以讓用戶對動態(tài)的門極電壓電壓進行實時監(jiān)控。

短路保護：該驅動依然配備基于退飽和特性的成熟的短路檢測方案，在故障狀態(tài)下，可以快速的響應和處理短路故障。考慮到短路保護信號的重要程度，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)在故障時刻可以及時的收到信息。

推出這款產(chǎn)品的最大意義在于給客戶提供更多的驅動信息，包括溫度、器件和母線狀態(tài)，讓客戶對整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)有更清晰的了解，有助于預測性維護和整機生命周期建模，以顯著降低系統(tǒng)維護成本，并提高系統(tǒng)可靠性。

提供全面遙測報告的即插即用型門極驅動器

關于驅動器細節(jié)，他介紹說，首先1SP0635V2A0D是適配高達3.3kV IHM/IHV IGBT模塊的單通道即插即用型門極驅動器。

適配3.3kV IGBT模塊

通常，在較大的系統(tǒng)中，客戶需要對系統(tǒng)直流母線電壓進行檢測，并與驅動板母線電壓進行比較，以了解母線電壓的健康程度；同時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線電壓檢測，新的驅動器將檢測點從副邊供電側轉移到IGBT門極電壓點，直接對門極電壓采樣和監(jiān)控，以實時獲得控制側門極電壓的健康狀態(tài)，出現(xiàn)問題時及時報警并執(zhí)行相應的保護動作；同時也然配備了短路檢測和保護。

在數(shù)據(jù)傳輸方面，通過光纖接口簡化75kHz頻率的通信，將所有采集到的數(shù)據(jù)與系統(tǒng)控制端進行交互?？蛻艨梢酝ㄟ^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，對于高壓板，還額外提供了外部DC-DC隔離板供電。

1SP0635V2A0D門極驅動器

1SP0635V2A0D的系統(tǒng)級優(yōu)勢體現(xiàn)在通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和溫度檢測，客戶可以了解IGBT的應力或老化程度，并預測維護需求。狀態(tài)監(jiān)控則增強了安全性和可靠性，降低了復雜性和成本。

該產(chǎn)品也是PI發(fā)布的第一款數(shù)字化驅動器，數(shù)字化的靈活性有助于實現(xiàn)先進保護特性的數(shù)字化定制，以滿足客戶越來越多樣化的的需求，具體內(nèi)容包括特定NTC范圍、特定檢測周期、特定門極電壓監(jiān)測或報警需求等。此外，為保證軌道交通等領域的性能和可靠性，PI還提供板級、驅動器24小時老化工藝。

1SP0635V2A0D的系統(tǒng)級優(yōu)勢

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

其全面的測試和認證涵蓋IEC 61373標準振動沖擊測試、IEC 62236-3-2標準EMC測試、IEC 60068-2-x標準環(huán)境測試（冷、干熱、熱循環(huán)、濕熱）。測試設施包括內(nèi)部實驗室和經(jīng)過認證的第三方實驗室，用于環(huán)境測試的熱處理室為PI自有設施。

由于串行狀態(tài)輸出協(xié)議包含關鍵的實時測量，有利于進行高級操作驗證，并顯著提高逆變器運行狀況、可靠性和效率的整體可見性。工程師可以根據(jù)PI標準的即插即用協(xié)議調整監(jiān)測和控制系統(tǒng)，或在項目開發(fā)階段要求PI工程師進行自定義調整。

總之，PI此次推出的兩款采用遙測技術的門極驅動器將有助于進一步提升大功率模塊和系統(tǒng)的安全性和可靠性，為各種大功率應用保駕護航。
責任編輯：彭菁