Power Integrations 已發(fā)布適用于流行的“新型雙”100 × 140-mm IGBT 模塊的 SCALE-iFlex 單柵極驅(qū)動(dòng)器。新的緊湊型驅(qū)動(dòng)器現(xiàn)在可用于設(shè)計(jì)和支持高達(dá) 3.3 kV 的模塊。輕軌、可再生能源發(fā)電和其他需要小型、穩(wěn)健驅(qū)動(dòng)器解決方案的高可靠性應(yīng)用將受益于 SCALE-iFlex 單柵極驅(qū)動(dòng)器。此外，Power Integrations 宣布了新的即插即用 SCALE-iFlex LT 雙柵極驅(qū)動(dòng)器。新驅(qū)動(dòng)器將眾多并行 EconoDUAL 模塊的性能提高了 20%，從而允許功率逆變器和轉(zhuǎn)換器堆棧以移除每六個(gè)模塊中的一個(gè)。除了節(jié)省驅(qū)動(dòng)器和模塊的資金外，這還降低了與模塊、接線、硬件和散熱相關(guān)的控制復(fù)雜性和費(fèi)用。SCALE-iFlex LT 專為各種可再生能源發(fā)電和存儲(chǔ)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，重點(diǎn)關(guān)注 3 至 5 MW 范圍內(nèi)的海上風(fēng)力渦輪機(jī)。在接受《電力電子新聞》采訪時(shí)，Power Integrations 產(chǎn)品營銷經(jīng)理 Thorsten Schmidt 指出，在各種工業(yè)應(yīng)用中，需要在兆瓦以上的高功率下實(shí)現(xiàn)良好的對(duì)稱并行開關(guān)，因此 Power Integrations 決定升級(jí)其 Scale 系列模塊。

Scale-iFlex LT 雙柵極驅(qū)動(dòng)器

在風(fēng)車中，IGBT 模塊用作轉(zhuǎn)換器內(nèi)的開關(guān)。所謂的背靠背轉(zhuǎn)換器是一種常見的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子產(chǎn)生電壓，該電壓在轉(zhuǎn)換為相關(guān)電網(wǎng)的線電壓之前進(jìn)行整流。“這就是我們的驅(qū)動(dòng)器解決方案派上用場的地方，因?yàn)槲覀冋诠芾黼S后進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換的 IGBT，”施密特解釋說。

圖 1：風(fēng)電發(fā)展迅速

據(jù)國際可再生能源機(jī)構(gòu)稱，“風(fēng)電市場將會(huì)增加，隨之而來的風(fēng)電裝機(jī)容量將會(huì)增長，”施密特說。這當(dāng)然是由可再生能源取代化石燃料和核能發(fā)電的大趨勢推動(dòng)的。“根據(jù)這項(xiàng)研究，您可以看出，到 2030 年，市場將增長 3 倍到 5 倍；然后，到 2050 年，它將再增長 3 倍，”施密特補(bǔ)充道。“我們?cè)噲D計(jì)算產(chǎn)生這么多電力所需的風(fēng)車數(shù)量。作為粗略估計(jì)，我們得出了大約 600，000 的數(shù)字。因此，我們估計(jì)每臺(tái)風(fēng)車的容量為 10 MW，我認(rèn)為這是 2050 年的合理估計(jì)，因?yàn)槿缃耜懮巷L(fēng)車的功率范圍通常為 3 至 5 MW，而海上風(fēng)車的功率范圍為 8 至 10 MW。因此，需要大量的風(fēng)車。因此，所有這些風(fēng)車都需要大量的門、驅(qū)動(dòng)器和電源模塊。”

目標(biāo)是提供多個(gè)模塊的并聯(lián)，從而將模塊性能或電源模塊容量利用率提高多達(dá) 20%。也就是說，用更少的硬件解決相同的轉(zhuǎn)換器輸出功率。

“并行組織的模塊的穩(wěn)健運(yùn)行取決于動(dòng)態(tài)和靜態(tài)電流共享，”施密特說。“SCALE-iFlex LT 系統(tǒng)僅使用五個(gè)并聯(lián)模塊來實(shí)現(xiàn)相同的功率輸出，通過實(shí)現(xiàn)模塊之間小于 20 ns 的開/關(guān)命令波動(dòng)和模塊之間小于 20 A 的差異，同時(shí)進(jìn)行標(biāo)稱 600 A. 因此，這些模塊能夠防止目前的降額。”

Schmidt 指出，在 5 kW 開關(guān)頻率的典型應(yīng)用條件下收集了 500 多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，并且信號(hào)是瞬時(shí)傳輸?shù)模S后器件對(duì)稱開啟，從而導(dǎo)致所有器件承載相同的負(fù)載電流。

同一個(gè)隔離的主控設(shè)備最多可以并聯(lián)六個(gè) EconoDUAL 3 電源模塊或等效模塊。兩個(gè) SCALE-2 ASIC — 每個(gè)通道一個(gè) — 用于適應(yīng)模塊的柵極驅(qū)動(dòng)器，適合 EconoDUAL 模塊占用空間，以提高對(duì)稱并行性、效率和保護(hù)。

圖 2：SCALE-iFLex LT – 可根據(jù)系統(tǒng)要求輕松并聯(lián) 17 mm IGBT 模塊

“我們專門針對(duì)風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用的需求設(shè)計(jì)了這款產(chǎn)品，”施密特說。“就拓?fù)涠裕摷夹g(shù)與 SCALE-iFlex 非常相似，因此具有相同的系統(tǒng)優(yōu)勢。因此，我們擁有主控制單元和簡單的電纜連接，可以并行連接和操作多達(dá)六個(gè)模塊。與傳統(tǒng)解決方案相比，我們可以在此處節(jié)省六分之一的功率模塊，并降低控制系統(tǒng)的復(fù)雜性，并減少對(duì)較小散熱器的需求，這是一種成本較低的冷卻系統(tǒng)。”

由于 SCALE-2 ASIC 集成升壓級(jí)的快速開啟和關(guān)閉，新型 SCALE-iFlex LT 柵極驅(qū)動(dòng)器模塊將開關(guān)損耗降低了 3% 至 5%。Power Integrations 的 AAC 保護(hù)允許更大的直流鏈路電壓。包括短路保護(hù)等其他保護(hù)措施。驅(qū)動(dòng)器有裸露或保形涂層版本，增強(qiáng)絕緣高達(dá) 1，700 V。

圖 3：模塊之間的準(zhǔn)確均流

Scale-iFlex 單柵極驅(qū)動(dòng)器

Scale-iFlex Single 針對(duì)鐵路應(yīng)用，尤其是輕軌，如有軌電車和地鐵。從圖 4 中，我們看到市場預(yù)計(jì)如何從 2019/24 年從大約 90 億增長到 120 億。施密特指出，由于 COVID 產(chǎn)生了負(fù)面影響，但復(fù)蘇勢頭強(qiáng)勁。

圖 4：盡管 Covid 放緩，但全球電氣化軌道交通市場仍將穩(wěn)定增長

SCALE-iFlex 單柵極驅(qū)動(dòng)器使用 Power Integrations 的 ASIC 技術(shù)來減少組件數(shù)量，同時(shí)還在正常操作期間提供高級(jí)有源鉗位 （AAC） 過壓保護(hù)，這是對(duì)簡單軟關(guān)斷的重大改進(jìn)，后者可在發(fā)生時(shí)提供額外保護(hù)導(dǎo)通時(shí)短路。當(dāng)并排放置時(shí)，設(shè)備被覆蓋以確保模塊之間的隔離。這些設(shè)備通過了 IEC 61373 Class 1B（沖擊和振動(dòng)）、IEC 61000-4-x（環(huán)境測試）和 IEC 60068-2-x（EMC 測試）鐵路標(biāo)準(zhǔn)（串行環(huán)境測試）的預(yù)認(rèn)證。提供可選的老化。Schmidt 解釋說：“SCALE-iFlex 單柵極驅(qū)動(dòng)器適合最新標(biāo)準(zhǔn) IGBT 功率模塊的外形，例如三菱 LV100/HV100、英飛凌 XHP2 和 XHP3、ABB LinPak、

圖 5：電氣接口用于 2L 拓?fù)渲懈哌_(dá) 3300 V 的模塊

圖 6：顯示功能塊的主控制板

“在電氣接口中，我們的設(shè)備可以在 15 伏開和零伏關(guān)或光纖接口下運(yùn)行，這是鐵路行業(yè)首選的經(jīng)典解決方案，就隔離額定值而言，我們可以實(shí)現(xiàn)高達(dá) 3300 伏的阻斷電壓，”施密特說。

在 85?C 環(huán)境溫度且無氣流時(shí)，新柵極驅(qū)動(dòng)器的額定峰值輸出電流為每通道 20A。通過冷卻或較低的環(huán)境溫度，可以獲得更高的功率水平。

審核編輯：郭婷