PI针对风电和牵引应用推出优化的SCALE-iFlex驱动器系列

最新更新时间:2021-09-13来源: EEWORLD关键字:PI  IGBT  驱动

日前,PI宣布拓展SCALE-iFlex家族系列,推出SCALE-iFlex LT多模块驱动器以及SCALE-iFlex Single单模块驱动器。两款驱动器均为特定应用领域而优化,以便更好地实现高性价比与高可靠性,设计便利等优势。


其中,SCALE-iFlex Single非常适合轻轨、可再生能源发电以及其他需要外形紧凑、坚固耐用的驱动器解决方案的高可靠性应用。SCALE-iFlex LT则专为可再生能源发电和存储领域的多种应用而开发,特别适用于3至5MW范围的海上风力涡轮机。


PI AE经理王皓从应用所对应的痛点,解读了两款产品的特性及优势。


PI SCALE介绍


SCALE-iFlex 门极驱动器系统可轻松并联业界最新的 IGBT、SiC MOSFET 双通道功率模组,具有的阻隔电压从 1.7 kV 到 4.5 kV。它以最少的开发工作量提供高度灵活的系统可扩充性。这款即时可用型解决方案由一个中央隔离主控制 (IMC) 和数个模组适配的门极驱动器 (MAG) 所组成。


提到SCALE-iFlex就不得不提PI广泛且成熟的Scale-2技术,Scale技术最早可追溯到PI 2012年收购的CT-CONCEPT,一家为高压IGBT模块开发高集成、高能效驱动器的公司。


CONCEPT的第一代SCALE驱动器在世界各地被大量使用,已成为各种应用的标志。高度集成的SCALE-2门极驱动器芯片组具备所有必需的功能,可提供高达60A的门极电流及20W的驱动功率。副边ASIC集成了预驱动单元,用于驱动芯片外部扩展的N沟道DMOS,这样的推动级能够单独的设置开通和关断电阻,以独立控制开通和关断行为。


SCALE-2技术技术带来了新的产品特性,包括副方的智能门极驱动器(IGD)芯片和一个原方的双通道逻辑驱动接口(LDI)芯片。


IGD ASIC使用不同的键合方法进行生产,以控制标准产品的特有功能,包括双向变压器接口与光纤接口的芯片。ASIC中还包含一个半定制阵列,可以用于客户定制。高级控制选项可通过单次编程的金属掩模实现。半定制阵列包含预配置的单元,例如模拟比较器、逻辑门、基本元器件和焊盘。


IGD ASIC通过调节“Vee”管脚的电位,使IGBT开通和导通状态的门极-发射极电压为稳定的+15V,或者根据客户的需求定制为其他值。该ASIC可以实现在IGBT关断时,对集电极-发射极电压的上升率和箝位水平实现闭环控制。这样可以获得更快的有源钳位响应速度,更低的关断损耗,以及更强的短路关断能力。


LDI ASIC包括了两个通道的双向变压器接口、具备特殊上电时序的可扩展的DC/DC电源以及故障管理模块。


SCALE-iFlex主控单元基于SCALE-2技术,因此具有高度的集成度;+15V电气接口和故障报告功能;加强绝缘符合IEC 61800-5-1标准;坚固的电缆连接以机械锁防止极性反转;坚固的信号母线抗EMI;原方和副方欠压保护等功能。


MAG内置了IGD 模拟芯片确保使用较小的门极驱动环路,具有精确控制和开关,稳定的+15V开通电压,出色的并联开关,高级有源钳位(AAC),快速、独立的过压保护,提供退饱和检测以进行短路保护,每通道1.5W门极功率,支持每通道最大门极电流至20A以及支持开关频率最高至10kHz。


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主控单元图


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MAG板示意图


大功率系统的挑战


目前,随着新能源、牵引等应用市场的迅速发展,对于IGBT,SiC等大功率器件的需求与日俱增。PI专门将市场广泛应用的SCALE-iFlex针对风能及牵引市场进行优化,以满足客户的需求。


王皓解释道:“在风电领域,因为一方面是成本压力,另外则是有大功率并联需求,因此我们针对这类客户进行了产品的适当优化,推出SCALE-iFlex LT系列,最多支持六个MAG模块。”


王皓表示,客户如果选择更大功率的开关,需要更高功率的门级驱动与之匹配,一方面是器件尺寸更大,另外则是成本更高。采用并联多个IGBT的方法,可以有效缓解成本问题。但并联会导致多个IGBT不匹配的问题,效率也会降低,且需要复杂的校正电路。PI优化的SCALE-iFlex LT则可有效解决并联存在的诸多问题。同时,该系列产品也取消了母线电压检测及温度检测功能,从而进一步压缩成本。


而针对牵引市场,PI推出了专门优化的支持单MAG模块的SCALE-iFlex LT系列。


该系列产品均符合PI SCALE产品高集成度即插即用的特性,支持行业不同厂家的各种封装IGBT,支持不同的拓扑结构和系统电压,匹配不同的散热策略,从而达到最佳的系统设计周期。


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SCALE-iFlex系列优势


产品详细解析


王皓表示,SCALE-iFlex LT系列最大的特点包括确保并联的均流性,强大的抗串扰能力以及单独的短路保护功能。


MAG之间的指令信号传输延迟差异小于20ns,因此可以实现非常良好的控制同步。根据PI的实测结果显示,针对600A的电流,3个模块之间仅有±20A的差别,同步准确率高达97%以上。


而PI的高级有源钳位功能则无论方案的寄生电感有多大,都可以实现大于10%的过压余量,从而确保母线电压的安全。


目前,PI的MAG驱动器已率先支持英飞凌EconoDUAL 3模块,此外包括Mitsubishi、ABB、Fuji的其他MAG模块正在开发过程中,预计2022年一季度供应。


对于轨道交通类牵引应用,IGBT功率管并不需要并联应用,因此PI开发出了SCALE-iFlex Single产品,IMC和MAG可以直接安装在IGBT模块上。除了裁剪并联模块支持数之外,PI还专门针对轨道交通的绝缘隔离要求进行了改善,产品仅有44mm高,但具有高达3.3kV IMC绝缘以及高达1.7kV MAG绝缘,并且支持光纤和电气两种接口方案供客户选择。这些器件已经通过轨道标准IEC 61373 - Class 1B(冲击和振动)、IEC 61000-4-x(EMC测试)和IEC 60068-2-x(一系列环境测试)的预认证。


产品支持英飞凌和三菱等IGBT模块,提供1700V和3300V两种IGBT类型。


PI此次推出的全系列高压产品均可提供三防漆、24小时老化工艺等额外服务。


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SCALE-iFlex LT与SCALE-iFlex Single系列产品图


关键字:PI  IGBT  驱动 编辑:冀凯 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/dygl/ic547775.html

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