前言

由于技術進步、政策支持、市場需求增長等多種因素的共同作用，全球儲能市場正處于一個快速發展階段。根據機構數據，該市場的同比增長率為21%。例如，特別是在可再生能源占比較高的地區，儲能系統可以幫助平衡電網負荷，提高電力供應的穩定性。此外，電動汽車的普及也帶動了儲能市場的增長。

事實上，儲能系統安裝在集成度較高或者空間有限的場合中，需要利用緊湊的單板驅動器來優化整體布局，提高系統的空間利用率；還要通過高效能量轉換提高儲能系統的整體效率；為保證儲能系統持續穩定地運行，對驅動器的可靠性要求也非常高；另外，還要易于安裝和維護。

Power Integrations（PI）日前推出SCALE-iFlex XLT系列雙通道即插即用型門極驅動器，適用于1.2kV至2.3kV的單個LV100（三菱）、XHPTM 2（英飛凌）、HPnC（富士）以及耐壓高達2.3kV的同類外形尺寸的半導體功率模塊。

PI門級驅動器部門系統工程師經理王皓在介紹這款新產品時表示：“我們推出的超緊湊單板驅動器可對逆變器模塊進行主動溫升管理，從而提高系統利用率，并簡化物料清單（BOM），以提高逆變器系統的可靠性。該系列產品適用于儲能系統及風電和光伏可再生能源等應用。”

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擴展現有SCALE-iFlex系列應用范圍

據王皓介紹，SCALE-iFlex XLT結構極為緊湊，可以適配IGBT模塊的形狀，同時集成了溫升檢測功能。從應用角度來說，這款產品可以采集目標IGBT的溫度信號，實現溫度控制。

目前，國內的儲能應用的最大母線電壓一般為1500V，其單機容量從工商業儲能的100kW-300kW，覆蓋到集中式儲能的1.5MW-1.75MW。除了儲能市場外，使用1500V母線電壓的還有新能源光伏應用、戶儲/商儲等。只要是1500V母線電壓，都可以用到PI這款產品。

PI的SCALE-iFlex 家族有幾個系列，SCALE-iFlex XLT是最新的產品。其關鍵指標之一是支持2.3kV最高耐壓。整個家族的不同系列覆蓋不同的應用場景。

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SCALE-iFlex XLT特點鮮明

王皓解釋說，適合新能源和儲能系統應用的SCALE-iFlex XLT的第一個特點是結構極為緊湊，可使用單個PCBA（印刷電路板組件），用更少的元件實現更高的可靠性。由于支持最高模塊耐壓等級是2.3kV，同時支持1200V和1700V同樣管腳布置的IGBT模塊，向下兼容兩電平和三電平拓撲。

IGBT和驅動器共為一組，組成一個最小的三電平功率單元系統。也就是說，可以用三個模塊配上三個SCALE-iFlex XLT驅動器，然后通過合理的母排設計，再加上母線電容，就組成了一個最小的三電平ANPC功率模組。很明顯，PI的驅動器和IGBT的外部尺寸完全契合。

“只要IGBT結構尺寸跟這個產品相契合，就可以電氣兼容2.3kV。其適用的模塊結構尺寸涵蓋目前市面上通用的IGBT模塊形狀，如三菱的LV100、英飛凌的XHP 2和富士的HPnC等。”他說。

新的門極驅動器還在緊湊的設計中提供了最有效的保護——退飽和檢測的短路保護功能；同時，也可以提供三防漆選項，保護驅動器在更惡劣環境下可靠地工作。

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集成隔離溫度檢測功能的好處

NTC讀取功能是SCALE-iFlex XLT的另一個特色。傳統的數字隔離方案一般需要游離于驅動器的隔離變壓器，以創建額外的隔離溫度采樣能力，客戶不得不自己開發一個專門的NTC隔離系統。而SCALE-iFlex XLT將NTC擴展到了較高的2.3kV耐壓系統。

該系列產品提供了隔離溫度檢測讀取功能，即NTC，為目標功率模塊提供內置的負溫度系數熱敏電阻。將驅動器和IGBT的NTC引腳相連，就可以直接通過驅動器隔離為驅動器原邊提供NTC信息。這樣就可以減少線纜的使用，降低電弧風險。

王皓說，傳統解決方案因為NTC和IGBT是一個整體，做NTC檢測就需要隔離。如果驅動器不帶NTC功能，客戶系統又需要監測NTC信息，就需要額外通過一根電纜連到另一個電路，而這個電路需要有專門的NTC隔離，才能把溫度信號提供給控制端進行NTC溫度采樣。

現在，SCALE-iFlex XLT直接將NTC的隔離和驅動板本身的驅動信號隔離集成在一起，形成一個集成的隔離方案。將隔離的溫度信號傳給控制端，即可實現變換器系統控制端的監測和精確溫升管理。

溫度控制或監控精度比較高，溫度控制就會比較好，可以讓IGBT在更高結溫下工作，例如可以讓IGBT工作結溫提高30℃。這有助于系統設計人員優化熱設計，并在相同硬件的基礎上將變換器的功率提高25%至30%，優化IGBT模塊的利用率。隔離的NTC讀取功能還可降低逆變器系統硬件設計的復雜性，省去多個電纜、連接器和額外的安全隔離電路。

04 兩電平與三電平拓撲皆可用

在傳統兩電平拓撲結構中，如果用的是1700V模塊，SCALE-iFlex XLT可以提供加強絕緣等級。利用加強絕緣，客戶的整機應用的絕緣設計難度就會變小，只做一層簡單的基本絕緣即可。

針對越來越多的場景使用三電平結構的情況，如果和兩電平使用同樣的模塊，最終系統母線電壓就會翻倍。例如，使用1200V IGBT，兩電平結構的母線電壓在800V左右，而三電平系統的母線電壓會達到1600V。這時，整個系統的絕緣要求也會發生變化。基于SCALE-iFlex XLT的緊湊設計，三電平1200V和2.3kV均滿足基本絕緣要求。

王皓解釋說：“SCALE-iFlex XLT針對的是單管應用，因為客戶希望用IGBT模塊做一個非常緊湊的整機設計，而不會使用兩個IGBT并聯，所以絕緣要求并不高。如果要在有限的空間里加大功率，就會選擇2.3kV。”

值得一提的是，PI的全部產品都經過了出廠測試，包括高壓絕緣測試和局部放電測試兩個指標，可保證每個產品都滿足嚴格的絕緣和安規要求。

另外，在有限的面積內，PI同樣提供了每通道1W的門極驅動功率，驅動電流高達15A，同時具備退飽和和檢測短路保護的功能。這樣就可以保證在短路條件下對IGBT進行保護。PI在驅動器可以利用的空間內使用單板加上一個變壓器的方案實現了上述功能。

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單PCBA優勢明顯

事實上，要為新型雙通道IGBT模塊構建單板門極驅動器是一項挑戰。PI的新款SCALE-iFlex XLT門極驅動器采用單PCBA結構，實現了緊湊的結構，完全與模塊尺寸契合，可輕松完成功率模塊與驅動器的安裝，從而為逆變器系統設計人員提供了極高的機械設計自由度。

王皓解釋道，要實現與SCALE-iFlex XLT相似的功能，傳統門極驅動器必須增加子板，需要更多的空間、更高的高度、更多的元件數。與傳統的堆疊板式方案相比，SCALE-iFlex XLT形成了一個完整的方案。其絕對優勢體現在高度方面，它比兩層板的疊層設計低很多，只有31mm。

基于緊湊型方案，SCALE-iFlex XLT的器件數量也少很多。“這對傳統的門極驅動器來說是一個非常大的優勢，如果是1500V的ESS系統，又需要整機非常緊湊時，每個IGBT周圍都有母排設計，上下左右的空間都要考慮。采用這個緊湊型方案體現的優勢比較明顯。”他說。

王皓總結道，SCALE-iFlex XLT采用PI的SCALE-2芯片組，可最大限度地減少元件數量，簡化結構設計，提高可靠性，并很好地與IGBT的尺寸相匹配。新款門極驅動器具有非常好的絕緣性能，可以支持高達2.3kV，有足夠的功率來驅動門級器件。

該系列產品可以提供溫升管理功能，在配合合適的系統溫度監控策略的前提條件下，將變換器的功率提高多達30%；其短路保護功能有助于保護功率開關器件。

他還表示，上述產品不僅適用于硅IGBT，也可用于碳化硅MOSFET，但目前的主流應用趨勢仍然是硅IGBT。該方案適配碳化硅模塊也是沒有任何問題的，只是看應用端有沒有這樣的需求。

他最后透露了這款產品的生產進度，目前計劃是在2024年第四季度量產，現在正在進行產品級別的可靠性測試，并可為客戶提供樣品。

審核編輯：劉清