Power Integrations 已發(fā)布適用于流行的“新型雙”100 × 140-mm IGBT 模塊的 SCALE-iFlex 單柵極驅動器。新的緊湊型驅動器現(xiàn)在可用于設計和支持高達 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)健驅動器解決方案的高可靠性應用將受益于 SCALE-iFlex 單柵極驅動器。此外，Power Integrations 宣布了新的即插即用 SCALE-iFlex LT 雙柵極驅動器。新驅動器將眾多并行 EconoDUAL 模塊的性能提高了 20%，從而允許功率逆變器和轉換器堆棧以移除每六個模塊中的一個。除了節(jié)省驅動器和模塊的資金外，這還降低了與模塊、接線、硬件和散熱相關的控制復雜性和費用。SCALE-iFlex LT 專為各種可再生能源發(fā)電和存儲應用而設計，重點關注 3 至 5 MW 范圍內的海上風力渦輪機。在接受《電力電子新聞》采訪時，Power Integrations 產(chǎn)品營銷經(jīng)理 Thorsten Schmidt 指出，在各種工業(yè)應用中，需要在兆瓦以上的高功率下實現(xiàn)良好的對稱并行開關，因此 Power Integrations 決定升級其 Scale 系列模塊。

Scale-iFlex LT 雙柵極驅動器

在風車中，IGBT 模塊用作轉換器內的開關。所謂的背靠背轉換器是一種常見的拓撲結構。轉子產(chǎn)生電壓，該電壓在轉換為相關電網(wǎng)的線電壓之前進行整流?！斑@就是我們的驅動器解決方案派上用場的地方，因為我們正在管理隨后進行電壓轉換的 IGBT，”施密特解釋說。

圖 1：風電發(fā)展迅速

據(jù)國際可再生能源機構稱，“風電市場將會增加，隨之而來的風電裝機容量將會增長，”施密特說。這當然是由可再生能源取代化石燃料和核能發(fā)電的大趨勢推動的?！案鶕?jù)這項研究，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，”施密特補充道?！拔覀冊噲D計算產(chǎn)生這么多電力所需的風車數(shù)量。作為粗略估計，我們得出了大約 600，000 的數(shù)字。因此，我們估計每臺風車的容量為 10 MW，我認為這是 2050 年的合理估計，因為如今陸上風車的功率范圍通常為 3 至 5 MW，而海上風車的功率范圍為 8 至 10 MW。因此，需要大量的風車。因此，所有這些風車都需要大量的門、驅動器和電源模塊?！?/p>

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

“并行組織的模塊的穩(wěn)健運行取決于動態(tài)和靜態(tài)電流共享，”施密特說?！癝CALE-iFlex LT 系統(tǒng)僅使用五個并聯(lián)模塊來實現(xiàn)相同的功率輸出，通過實現(xiàn)模塊之間小于 20 ns 的開/關命令波動和模塊之間小于 20 A 的差異，同時進行標稱 600 A. 因此，這些模塊能夠防止目前的降額。”

Schmidt 指出，在 5 kW 開關頻率的典型應用條件下收集了 500 多個數(shù)據(jù)點，并且信號是瞬時傳輸?shù)?，隨后器件對稱開啟，從而導致所有器件承載相同的負載電流。

同一個隔離的主控設備最多可以并聯(lián)六個 EconoDUAL 3 電源模塊或等效模塊。兩個 SCALE-2 ASIC — 每個通道一個 — 用于適應模塊的柵極驅動器，適合 EconoDUAL 模塊占用空間，以提高對稱并行性、效率和保護。

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

“我們專門針對風力發(fā)電應用的需求設計了這款產(chǎn)品，”施密特說。“就拓撲而言，該技術與 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六個模塊。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)的復雜性，并減少對較小散熱器的需求，這是一種成本較低的冷卻系統(tǒng)?！?/p>

由于 SCALE-2 ASIC 集成升壓級的快速開啟和關閉，新型 SCALE-iFlex LT 柵極驅動器模塊將開關損耗降低了 3% 至 5%。Power Integrations 的 AAC 保護允許更大的直流鏈路電壓。包括短路保護等其他保護措施。驅動器有裸露或保形涂層版本，增強絕緣高達 1，700 V。

圖 3：模塊之間的準確均流

Scale-iFlex 單柵極驅動器

Scale-iFlex Single 針對鐵路應用，尤其是輕軌，如有軌電車和地鐵。從圖 4 中，我們看到市場預計如何從 2019/24 年從大約 90 億增長到 120 億。施密特指出，由于 COVID 產(chǎn)生了負面影響，但復蘇勢頭強勁。

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 單柵極驅動器使用 Power Integrations 的 ASIC 技術來減少組件數(shù)量，同時還在正常操作期間提供高級有源鉗位 （AAC） 過壓保護，這是對簡單軟關斷的重大改進，后者可在發(fā)生時提供額外保護導通時短路。當并排放置時，設備被覆蓋以確保模塊之間的隔離。這些設備通過了 IEC 61373 Class 1B（沖擊和振動）、IEC 61000-4-x（環(huán)境測試）和 IEC 60068-2-x（EMC 測試）鐵路標準（串行環(huán)境測試）的預認證。提供可選的老化。Schmidt 解釋說：“SCALE-iFlex 單柵極驅動器適合最新標準 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 拓撲中高達 3300 V 的模塊

圖 6：顯示功能塊的主控制板

“在電氣接口中，我們的設備可以在 15 伏開和零伏關或光纖接口下運行，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，我們可以實現(xiàn)高達 3300 伏的阻斷電壓，”施密特說。

在 85?C 環(huán)境溫度且無氣流時，新柵極驅動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