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在電力電子領(lǐng)域，高效、緊湊且安全的門極驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品設(shè)計(jì)一直是研發(fā)的焦點(diǎn)。隨著儲(chǔ)能系統(tǒng)和新能源市場(chǎng)的飛速發(fā)展，門極驅(qū)動(dòng)器在產(chǎn)品容量和母線電壓等關(guān)鍵性能上的應(yīng)用需求日益明顯。為了更好地滿足當(dāng)前儲(chǔ)能系統(tǒng)和新能源市場(chǎng)的需求，深耕于中高壓逆變器應(yīng)用門極驅(qū)動(dòng)器技術(shù)領(lǐng)域的知名公司Power Integrations在SCALE-iFlex產(chǎn)品系列的基礎(chǔ)上新推出SCALE-iFlex™ XLT門極驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品，進(jìn)一步擴(kuò)寬其應(yīng)用范圍。

圖1 SCALE-iFlex™ XLT應(yīng)用場(chǎng)景

據(jù)PI系統(tǒng)工程師經(jīng)理王皓介紹，在實(shí)際應(yīng)用中，無論是儲(chǔ)能系統(tǒng)還是光伏發(fā)電，只要母線電壓在1,500V左右內(nèi)，SCALE-iFlex™ XLT驅(qū)動(dòng)器都能發(fā)揮出色的作用。這使得產(chǎn)品能夠滿足不同用戶的需求，為用戶提供更加靈活的選擇。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊和集成式溫升檢測(cè)是SCALE-iFlex™ XLT驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品的兩大顯著特點(diǎn)。

從外部尺寸來看，SCALE-iFlex™ XLT的寬度為90.98mm，高度為31mm，長(zhǎng)度為65.665mm。這一緊湊的尺寸使得門極驅(qū)動(dòng)器能夠輕松適應(yīng)各種應(yīng)用場(chǎng)景，尤其是在對(duì)空間要求苛刻的系統(tǒng)中。

這種緊湊的結(jié)構(gòu)不僅體現(xiàn)在外觀上，更在于其內(nèi)部設(shè)計(jì)和功能布局。與傳統(tǒng)的堆疊板設(shè)計(jì)方案相比，采用單個(gè)PCBA的設(shè)計(jì)，使得顯著降低了門極驅(qū)動(dòng)器高度的同時(shí)，還減少了所需的器件數(shù)量，從而降低了整體成本。從可靠性上來看，由于物理元件數(shù)量的減少，產(chǎn)品的故障率也相應(yīng)降低。

此外，SCALE-iFlex™ XLT驅(qū)動(dòng)器還能夠與IGBT的尺寸相匹配，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的集成度。SCALE-iFlex™ XLT支持最高2300V的模塊耐壓等級(jí)，但同樣適用于低于此標(biāo)準(zhǔn)的模塊，如1200V和1700V的IGBT模塊。這是因?yàn)樵摦a(chǎn)品基于最高應(yīng)用級(jí)別而進(jìn)行設(shè)計(jì)的，具有向下兼容的特性。因此，無論使用的是兩電平還是三電平，無論是1700V、1200V還是2300V的模塊，SCALE-iFlex™ XLT都能提供穩(wěn)定的支持。

另一個(gè)值得注意的是SCALE-iFlex™ XLT驅(qū)動(dòng)器的NTC讀取功能。在傳統(tǒng)數(shù)字隔離方案中，客戶通常需要為NTC檢測(cè)創(chuàng)建一個(gè)額外的隔離系統(tǒng)，這增加了開發(fā)的復(fù)雜性和成本。而SCALE-iFlex™ XLT驅(qū)動(dòng)器則集成了這一功能，無需客戶自行開發(fā)隔離系統(tǒng)，大大簡(jiǎn)化了開發(fā)流程，提高了驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品的易用性。

雖然目前市場(chǎng)上的主流趨勢(shì)是硅基IGBT，但NTC驅(qū)動(dòng)器在技術(shù)上同樣適用于其他類型的半導(dǎo)體模塊，如碳化硅(SiC)等。然而，是否采用NTC驅(qū)動(dòng)器還取決于應(yīng)用端的具體需求。

圖2 SCALE-iFlex™ XLT產(chǎn)品

SCALE-iFlex™ XLT驅(qū)動(dòng)器除了擁有緊湊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)外，還具備直接提供集成式的溫度檢測(cè)讀取的功能。這一功能通過內(nèi)置的NTC溫度電阻實(shí)現(xiàn)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器與IGBT的NTC引腳相連后，可以直接通過門極驅(qū)動(dòng)器的隔離層提供NTC信息至門極驅(qū)動(dòng)器的原邊。這在顯著減少了線纜使用的同時(shí)，還降低了電弧風(fēng)險(xiǎn)，并提高了系統(tǒng)的整體可靠性。

相比傳統(tǒng)的解決方案，SCALE-iFlex™ XLT驅(qū)動(dòng)器將NTC隔離與驅(qū)動(dòng)信號(hào)隔離集成在一起，形成了一個(gè)集成的隔離方案?？蛻魺o需再通過額外的電纜或接線將NTC信號(hào)引出，而是可以直接從驅(qū)動(dòng)板的原邊獲取隔離后的溫度信號(hào)。這不僅簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而且提高了溫度信號(hào)的傳輸效率和精度。

在配合適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)溫度監(jiān)控條件下，SCALE-iFlex™ XLT驅(qū)動(dòng)器能夠顯著提高變換器的功率輸出。據(jù)測(cè)試，在某些應(yīng)用場(chǎng)景下，變換器的功率最多可提高30%左右。

在絕緣設(shè)計(jì)方面，SCALE-iFlex™ XLT驅(qū)動(dòng)器同樣展現(xiàn)了出色的性能。它支持從1200V到2300V的絕緣耐壓等級(jí)的模塊，為不同應(yīng)用場(chǎng)景提供了靈活的選擇。特別是在加強(qiáng)絕緣設(shè)計(jì)方面，SCALE-iFlex™ XLT驅(qū)動(dòng)器為使用1700V模塊的客戶提供了加強(qiáng)絕緣的等級(jí)，大大降低了客戶在整機(jī)應(yīng)用中的絕緣設(shè)計(jì)難度。

此外，隨著拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)從兩電平向三電平的發(fā)展，系統(tǒng)對(duì)絕緣性能的要求也在不斷提高。SCALE-iFlex™ XLT驅(qū)動(dòng)器針對(duì)三電平系統(tǒng)進(jìn)行了專門的絕緣設(shè)計(jì)優(yōu)化，確保在系統(tǒng)電壓翻倍的情況下，仍能滿足基本的絕緣需求。這一設(shè)計(jì)不僅提高了系統(tǒng)的安全性，也為客戶在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇上提供了更大的靈活性。

圖3 三電平ANPC設(shè)計(jì)范例

在有限的區(qū)域內(nèi)，該門極驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品提供了每通道1W的驅(qū)動(dòng)功率，最大驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)到15A。同時(shí)，門極驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品還配備了短路保護(hù)功能，確保在短路條件下仍能對(duì)IGBT進(jìn)行有效保護(hù)。在1700V或1200V的系統(tǒng)中，尤其是在需要緊湊整機(jī)設(shè)計(jì)的情況下，SCALE-iFlex™ XLT驅(qū)動(dòng)器的緊湊型方案能夠充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。

當(dāng)面臨空間限制，但系統(tǒng)需求升級(jí)到更高的電壓和功率等級(jí)時(shí)，王皓表示：“我們并不是簡(jiǎn)單地排斥在中高壓系統(tǒng)中使用SCALE-iFlex™ XLT等緊湊型門極驅(qū)動(dòng)器。相反，我們根據(jù)客戶的具體需求和系統(tǒng)要求來推薦最適合的解決方案。在某些情況下，如果客戶對(duì)空間和功率密度有極高要求，同時(shí)系統(tǒng)的并聯(lián)需求相對(duì)較低，那么SCALE-iFlex™ XLT驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品仍然是一個(gè)很好的選擇。但是，在大多數(shù)情況下，當(dāng)系統(tǒng)電壓和功率等級(jí)上升到一定水平時(shí)，我們更推薦客戶選擇能夠支持并聯(lián)的門極驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。”

這款即插即用型門極驅(qū)動(dòng)器可提供三防漆選項(xiàng)，保修期為5年，同時(shí)還可根據(jù)要求進(jìn)行老化測(cè)試，保護(hù)驅(qū)動(dòng)器在更惡劣環(huán)境下可靠工作。

在產(chǎn)品出廠測(cè)試階段，Power Integrations對(duì)每一個(gè)樣品都會(huì)進(jìn)行100%的高壓絕緣測(cè)試和局部放電測(cè)試，確保每一個(gè)樣品都嚴(yán)格符合絕緣要求。目前，SCALE-iFlex™ XLT驅(qū)動(dòng)器正在進(jìn)行產(chǎn)品級(jí)別的可靠性測(cè)試，并計(jì)劃在2024年四季度進(jìn)行量產(chǎn)?，F(xiàn)階段，Power Integrations已經(jīng)開始提供樣品供客戶測(cè)試和評(píng)估。

我們相信，這款門極驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品將為用戶帶來更加穩(wěn)定、可靠和高效的使用體驗(yàn)。