國產(chǎn)大功率IGBT驅(qū)動技術(shù)研究報告
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- 國產(chǎn)大功率IGBT驅(qū)動技術(shù)摘要：本文介紹了國產(chǎn)大功率IGBT驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展，并介紹了部分具有代表性的國產(chǎn)大功率IGBT驅(qū)動產(chǎn)品的技術(shù)指標和運用。
關(guān)鍵詞：國產(chǎn)，IGBT，驅(qū)動技術(shù)
Abstract：This article describes the development of the domestic high-power IGBT drive technology and introduces the technical index and application for some typical china made high power IGBT drive products.
Keywords: made in china , IGBT, drive technology
1 概述：大功率IGBT和大功率IGBT驅(qū)動模塊已成為大功率變頻器、開關(guān)電源以及電力變換等設(shè)備的關(guān)鍵部件，長期以來一直被國外少數(shù)企業(yè)所壟斷。全球主要的大功率IGBT模塊供應(yīng)商有德國的英飛凌，西門康，瑞士的ABB以及日本的三菱公司。而全球的大功率IGBT驅(qū)動模塊供應(yīng)商僅有瑞士的CONCEPT，德國的西門康等少數(shù)企業(yè)。隨著國內(nèi)電力電子技術(shù)的長足進步，目前國內(nèi)已有少數(shù)企業(yè)可以從事大功率IGBT的研發(fā)和生產(chǎn)，如南車集團和北車集團。
在大功率IGBT驅(qū)動模塊方面，抄襲進口同類產(chǎn)品的除外，國內(nèi)也有少數(shù)企業(yè)推出了自己的產(chǎn)品如云南拓普特種電源科技有限公司、深圳青銅劍等。其中，云南拓普特種電源科技有限公司的產(chǎn)品最為齊全，產(chǎn)品覆蓋了高、中、低壓領(lǐng)域，是國內(nèi)唯一 一家全產(chǎn)品鏈驅(qū)動提供企業(yè)，其產(chǎn)品已成功運用于工業(yè)變頻器、大功率感應(yīng)加熱設(shè)備、電動汽車、高速鐵路以及武器裝備等領(lǐng)域。云南拓普特種電源科技有限公司推出的汽車級大功率IGBT驅(qū)動模塊，不但打破了國外的技術(shù)技術(shù)壟斷，還出口德國、瑞典、斯洛伐克、斯洛文尼亞和印度等國家。
2 國內(nèi)大功率IGBT驅(qū)動模塊技術(shù)狀況
現(xiàn)代大功率電子設(shè)備的品質(zhì)和可靠性不僅僅由大功率IGBT模塊所決定,它還與系統(tǒng)的不同功能單元有關(guān),一個優(yōu)秀的大功率IGBT驅(qū)動模塊在功率變換系統(tǒng)中是不可或缺的,它是IGBT模塊和控制器之間非常重要的接口電路,因此,選擇適當?shù)尿?qū)動電路就和逆變器整體的可靠性緊密相關(guān)。大功率IGBT驅(qū)動模塊的主要性能包括：1）驅(qū)動能力,為IGBT開關(guān)提供足夠大的驅(qū)動電流,保證IGBT能可靠的開通和關(guān)斷;2）保護功能,當IGBT發(fā)生短路或者過流時,驅(qū)動器能在最短的時間關(guān)斷IGBT,保護功率器件3）隔離功能,由于IGBT通常是工作在高電壓、大電流的工作環(huán)境,驅(qū)動器作為控制電路與功率電路之間的連接橋梁,必須要具有較高的電氣隔離功能,保證控制電路不會受功率電路的干擾和影響。
大功率IGBT驅(qū)動模塊是指驅(qū)動功率大，且自帶隔離DC/DC電源，具有完善的保護電路的模塊化驅(qū)動產(chǎn)品。目前國內(nèi)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的大功率IGBT驅(qū)動模塊研發(fā)企業(yè)僅有云南拓普特種電源科技有限公司和深圳青銅劍等，所采用的隔離方式均為變壓器隔離，均具備IGBT過流保護、驅(qū)動欠壓保護等功能，產(chǎn)品主要以單通道和雙通道為主。云南拓普特種電源科技有限公司的高端大功率IGBT驅(qū)動模塊采用了先進的無磁芯變壓器隔離技術(shù)，具有傳播延遲時間短的優(yōu)勢和極強的抗干擾性能，即使處于溫度和電磁干擾條件十分惡劣的環(huán)境中，依然能穩(wěn)定的工作。無磁芯變壓器技術(shù)使用半導體制造工藝來集成一個由金屬螺旋線和氧化硅絕緣材料組成的無磁芯變壓器，其主要思想就是在IC內(nèi)集成變壓器的兩個繞組，如圖1a和圖1b所示。發(fā)送電路將輸入脈沖調(diào)制為一定規(guī)則的短脈沖信號，通過無磁芯變壓器傳送至接收電路，接收電路按一定的規(guī)則再將收到的短脈沖還原為輸入信號。采用無磁芯變壓器設(shè)計的高性能大功率IGBT驅(qū)動模塊其驅(qū)動頻率高達300kHz以上，遠遠超越了進口的同類產(chǎn)品，可廣泛運用于電動汽車、航空航天和武器裝備等領(lǐng)域。
圖1a 無磁芯變壓器結(jié)構(gòu)示意圖 圖1b 無磁芯變壓器信號傳輸原理示意圖
在高壓大功率IGBT驅(qū)動模塊產(chǎn)品方面，目前國內(nèi)僅有云南拓普特種電源科技有限公司能夠提供集高壓隔離的大功率DC/DC變換器和IGBT門極驅(qū)動電路以及過流保護電路于一體的高壓大功率IGBT驅(qū)動模塊，其代表產(chǎn)品有PHD620、PHD1032等。高壓大功率IGBT驅(qū)動模塊采用的是光纖隔離技術(shù)。和傳統(tǒng)的雙絞線相比，光纖傳輸具有更好的抗干擾性能和更高的絕緣特性。光纖傳輸原理如圖2所示。...
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