PI推出两款采用遥测技术的门极驱动器

在PCIM Europe 2023上，Power Integrations展示了新推出的两款即插即用驱动产品，一款是适用于100mmx140mm IGBT/SiC，并具有NTC温度检测功能的SCALE-iFlex LT NTC门极驱动器，另一款是适用与190mmX140mm IGBT的数字型驱动器1SP0635V2A0D。

PI系统工程师经理王皓指出，从全球能源供应形式看，转向新能源是大势所趋。PI不断推出各种新产品，持续满足风能、光伏以及高压直流输电、轨道交通等应用领域的碳中和需求。

▋为新能源应用量身定制的并联门极驱动器

王皓介绍说，PI的SCALE-iFlex LT NTC的发布，是对PI现有并联方案产品家族SCALE-iFlex的再次扩充。其关键特点是可以给用户提供隔离的NTC温度信号，从而实现用户对变换器系统的精确温升管理，同时该产品可以驱动耐压在3300V以内的SiC的功率模块，以帮助用户开发更高效节能的碳化硅变流器。加入NTC检测功能后，该产品依旧保留了SCAL-iFlex家族产品优良的均流性能。在产品安装方面，该产品的IMC可以直接安装在半导体模块上方，为客户的变流器结构的空间利用提供了更好的选择。

SCALE-iFlex LT NTC的一大特点是集成了隔离的NTC信号检测和传输功能，实现了原有产品的技术突破。该驱动器采用PI独有的并联结构驱动技术，可以很精确地控制并联开关模块之间的均流，精度优于±5%，从而达到提高系统功率的目的。

测试和仿真表明，每个模块都具有很好的均流特性。客户在做系统设计时可以更充分地利用模块的效率，减少模块的电流降额。另外，采用短环路和本地驱动的并联技术可以实现门极驱动器的本地控制，回路紧贴IGBT本体使开通和电压斜率紧密匹配，快速实现本地化保护。每个并联IGBT都有完全相同的门极回路，也都有独自的过压保护和短路保护功能。

在空间紧凑的100mmx140mm封装上提供隔离的NTC温度检测功能是该驱动器的一大特色。该产品的每个门极适配板（MAG）都集成了NTC检测电路功能，以读取半导体模块模块内置的NTC热敏电阻，来获取IGBT/SiC的结温信息，然后各个门极适配版将其对应的结温信息经过电路处理后将数据变换成电压信号，通过智能主控器（IMC）变成频率信号，由原边低压侧控制端子传递给逆变器系统控制单元，以了解每个模块运行中的结温，快速发现模块过温，实现连续系统监控。

值得一提的是，该产品在加入NTC检测功能后，依然保留了SACLE-iFlex良好的并联特性，对并联开关模块的实测显示，2个FF1800XTR17T2P5模块的均流在开通瞬间非常一致。由于具备有源钳位（AAC）功能，关断时尖峰问题也控制得很好。

精确控制并联开关模块之间的均流

SCALE-iFlex LT NTC通过绝缘母线由MAG向IMC提供四个模块门极驱动器的集成温度报告。MAG板上的NTC检测功能通过线缆与MAG板连接，将NTC温度传递给MAG板，实现精确的温度管理，以非常紧凑的模块提供更大的功率。

据介绍，为了进一步节省空间，单个2SILT1200T IMC单元最多可并联四个由MAG驱动的功率模块，由于其外形紧凑，该单元也可以安装在功率模块上。

MAG通过绝缘母线向IMC提供集成温度报告

内置NTC有助于增加系统功率，一是通过对模块温度的检测，利用控制器管理和平衡模块温度、消除对静态热计算的依赖，为系统增加30%的额定功率。与外部NTC检测的传统四并联方案对比，SCALE-iFlex LT NTC通过每个通道的线缆将所有模块连接在一起，既简化了架构，也提高了安全性，同时减少了电缆使用和电弧风险。

内置NTC可增加系统功率

SCALE-iFlex LT NTC是一个非常紧凑的方案，可适配流行的100mm×140mm IGBT半桥模块，支持LV100、XHP 2 IGBT及同等高压功率模块，绝缘耐压高达3.3kV，同时也支持SiC模块。其主要应用是风电变流器、光伏和储能应用。

SCALE-iFlex LT NTC LT适用于风电等新能源应用

除了可扩展的系统电流和出色的均流控制，SCALE-iFlex LT NTC的最大特点是具有很高的机械灵活性，线缆连接方式可以由客户自己掌控模块与模块的间距，以适配不同的设计需求，例如风冷散热方案，需要在模块之间留出一定距离，以便散热；又如水冷方案，可以缩小模块之间距离，采用并联软连接方式支持最多4个并联模块，实现恒定的开关性能。

此外，该方案还提供退饱和检测和短路检测保护功能，以保证在模块和整个系统发生短路时关掉系统，防止发生IGBT失效。

 

 安装在LV100模块上的模块适配型门极驱动器

如果客户的应用环境条件比较恶劣，PI可以提供三防漆保护工艺，以提高板的使用寿命和安全可靠性。该系列产品还通过了IEC 61000-4-x（EMI）、IEC-60068-2-x（环境）和IEC-60068-2-x（机械）标准认证，以及低压、高压和热循环等全面测试。

▋提供串行接口和遥测报告的数字化门极驱动器

王皓介绍的第二款新产品是针对3.3kV IHM和IHV IGBT模块的单通道门极驱动器1SP0635V2A0D，适配模块尺寸为190mm×140mm。它将PI成熟可靠的SCALE-2开关性能和保护特性与可配置隔离串行输出接口相结合，增强了驱动器的设置灵活性，且能提供全面的遥测报告，实现准确的寿命估算。

据介绍，该驱动器提供的遥测数据包括

温度检测，母线电压检测，门极监控和短路保护。

温度包括驱动板温度信息和外部温度信息

•驱动板温度信息是通过板载的热敏电阻实现

•外接温度信息是通过外接热敏电阻的形式实现，客户可以自己灵活的选择外置热敏电阻的放置位置。其温度信息最终会被驱动检测并通过串口通讯协议输出

母线电压检测：该驱动可以提供母线电压信息，并通过串口通信协议进行数据传送，可以帮助客户节省额外的母线电压检测系统。

门极监控：该驱动内部直接对门极电压进行实时检测和保护。相比传统的欠压保护，该驱动可以更准确，直接的为用户提供门极电压的健康状态，保证驱动在工作中，其门极正压和门极负压均在定义的电压范围内，且状态会实时通过串口协议进行传输，可以让用户对动态的门极电压电压进行实时监控。

短路保护：该驱动依然配备基于退饱和特性的成熟的短路检测方案，在故障状态下，可以快速的响应和处理短路故障。考虑到短路保护信号的重要程度，该故障数据的传输频率是其他数据信息的几倍以上，以保证变流器系统在故障时刻可以及时的收到信息。

推出这款产品的最大意义在于给客户提供更多的驱动信息，包括温度、器件和母线状态，让客户对整个系统数据有更清晰的了解，有助于预测性维护和整机生命周期建模，以显著降低系统维护成本，并提高系统可靠性。

 

提供全面遥测报告的即插即用型门极驱动器

关于驱动器细节，他介绍说，首先1SP0635V2A0D是适配高达3.3kV IHM/IHV IGBT模块的单通道即插即用型门极驱动器。

 

适配3.3kV IGBT模块

通常，在较大的系统中，客户需要对系统直流母线电压进行检测，并与驱动板母线电压进行比较，以了解母线电压的健康程度；同时还需要门极电压和门极监控功能。传统方案提供的功能一般是副边供电侧线电压检测，新的驱动器将检测点从副边供电侧转移到IGBT门极电压点，直接对门极电压采样和监控，以实时获得控制侧门极电压的健康状态，出现问题时及时报警并执行相应的保护动作；同时也然配备了短路检测和保护。

在数据传输方面，通过光纤接口简化75kHz频率的通信，将所有采集到的数据与系统控制端进行交互。客户可以通过串口读取所有数据，包括温度、母线电压、门极电压、门极健康程度，以及是否有短路情况发生。除此之外，对于高压板，还额外提供了外部DC-DC隔离板供电。

 

1SP0635V2A0D门极驱动器

1SP0635V2A0D的系统级优势体现在通过系统数据采集和温度检测，客户可以了解IGBT的应力或老化程度，并预测维护需求。状态监控则增强了安全性和可靠性，降低了复杂性和成本。

该产品也是PI发布的第一款数字化驱动器，数字化的灵活性有助于实现先进保护特性的数字化定制，以满足客户越来越多样化的的需求，具体内容包括特定NTC范围、特定检测周期、特定门极电压监测或报警需求等。此外，为保证轨道交通等领域的性能和可靠性，PI还提供板级、驱动器24小时老化工艺。

1SP0635V2A0D的系统级优势

同样，1SP0635V2A0D门极驱动器也提供三防漆双面涂覆。虽然该驱动器集成了这么多功能，但外形尺寸基本上保持与原来的产品非常接近，不会占用客户的空间，使用也非常简单。据介绍，将在2023年11月投产的1SP0635V2A0D的主要应用包括轨道牵引逆变器、电网和中压变频器。

其全面的测试和认证涵盖IEC 61373标准振动冲击测试、IEC 62236-3-2标准EMC测试、IEC 60068-2-x标准环境测试（冷、干热、热循环、湿热）。测试设施包括内部实验室和经过认证的第三方实验室，用于环境测试的热处理室为PI自有设施。

由于串行状态输出协议包含关键的实时测量，有利于进行高级操作验证，并显著提高逆变器运行状况、可靠性和效率的整体可见性。工程师可以根据PI标准的即插即用协议调整监测和控制系统，或在项目开发阶段要求PI工程师进行自定义调整。

总之，PI此次推出的两款采用遥测技术的门极驱动器将有助于进一步提升大功率模块和系统的安全性和可靠性，为各种大功率应用保驾护航。
        责任编辑：彭菁