2021年09月13日 | PI针对风电和牵引应用推出优化的SCALE-iFlex驱动器系列

日前，PI宣布拓展SCALE-iFlex家族系列，推出SCALE-iFlex LT多模块驱动器以及SCALE-iFlex Single单模块驱动器。两款驱动器均为特定应用领域而优化，以便更好地实现高性价比与高可靠性，设计便利等优势。

其中，SCALE-iFlex Single非常适合轻轨、可再生能源发电以及其他需要外形紧凑、坚固耐用的驱动器解决方案的高可靠性应用。SCALE-iFlex LT则专为可再生能源发电和存储领域的多种应用而开发，特别适用于3至5MW范围的海上风力涡轮机。

PI AE经理王皓从应用所对应的痛点，解读了两款产品的特性及优势。

PI SCALE介绍

SCALE-iFlex 门极驱动器系统可轻松并联业界最新的 IGBT、SiC MOSFET 双通道功率模组，具有的阻隔电压从 1.7 kV 到 4.5 kV。它以最少的开发工作量提供高度灵活的系统可扩充性。这款即时可用型解决方案由一个中央隔离主控制 (IMC) 和数个模组适配的门极驱动器 (MAG) 所组成。

提到SCALE-iFlex就不得不提PI广泛且成熟的Scale-2技术，Scale技术最早可追溯到PI 2012年收购的CT-CONCEPT，一家为高压IGBT模块开发高集成、高能效驱动器的公司。

CONCEPT的第一代SCALE驱动器在世界各地被大量使用，已成为各种应用的标志。高度集成的SCALE-2门极驱动器芯片组具备所有必需的功能，可提供高达60A的门极电流及20W的驱动功率。副边ASIC集成了预驱动单元，用于驱动芯片外部扩展的N沟道DMOS，这样的推动级能够单独的设置开通和关断电阻，以独立控制开通和关断行为。

SCALE-2技术技术带来了新的产品特性，包括副方的智能门极驱动器(IGD)芯片和一个原方的双通道逻辑驱动接口(LDI)芯片。

IGD ASIC使用不同的键合方法进行生产，以控制标准产品的特有功能，包括双向变压器接口与光纤接口的芯片。ASIC中还包含一个半定制阵列，可以用于客户定制。高级控制选项可通过单次编程的金属掩模实现。半定制阵列包含预配置的单元，例如模拟比较器、逻辑门、基本元器件和焊盘。

IGD ASIC通过调节“Vee”管脚的电位，使IGBT开通和导通状态的门极-发射极电压为稳定的+15V，或者根据客户的需求定制为其他值。该ASIC可以实现在IGBT关断时，对集电极-发射极电压的上升率和箝位水平实现闭环控制。这样可以获得更快的有源钳位响应速度，更低的关断损耗，以及更强的短路关断能力。

LDI ASIC包括了两个通道的双向变压器接口、具备特殊上电时序的可扩展的DC/DC电源以及故障管理模块。

SCALE-iFlex主控单元基于SCALE-2技术，因此具有高度的集成度；+15V电气接口和故障报告功能；加强绝缘符合IEC 61800-5-1标准；坚固的电缆连接以机械锁防止极性反转；坚固的信号母线抗EMI；原方和副方欠压保护等功能。

MAG内置了IGD 模拟芯片确保使用较小的门极驱动环路，具有精确控制和开关，稳定的+15V开通电压，出色的并联开关，高级有源钳位(AAC)，快速、独立的过压保护，提供退饱和检测以进行短路保护，每通道1.5W门极功率，支持每通道最大门极电流至20A以及支持开关频率最高至10kHz。

主控单元图

MAG板示意图

大功率系统的挑战

目前，随着新能源、牵引等应用市场的迅速发展，对于IGBT，SiC等大功率器件的需求与日俱增。PI专门将市场广泛应用的SCALE-iFlex针对风能及牵引市场进行优化，以满足客户的需求。

王皓解释道：“在风电领域，因为一方面是成本压力，另外则是有大功率并联需求，因此我们针对这类客户进行了产品的适当优化，推出SCALE-iFlex LT系列，最多支持六个MAG模块。”

王皓表示，客户如果选择更大功率的开关，需要更高功率的门级驱动与之匹配，一方面是器件尺寸更大，另外则是成本更高。采用并联多个IGBT的方法，可以有效缓解成本问题。但并联会导致多个IGBT不匹配的问题，效率也会降低，且需要复杂的校正电路。PI优化的SCALE-iFlex LT则可有效解决并联存在的诸多问题。同时，该系列产品也取消了母线电压检测及温度检测功能，从而进一步压缩成本。

而针对牵引市场，PI推出了专门优化的支持单MAG模块的SCALE-iFlex LT系列。

该系列产品均符合PI SCALE产品高集成度即插即用的特性，支持行业不同厂家的各种封装IGBT，支持不同的拓扑结构和系统电压，匹配不同的散热策略，从而达到最佳的系统设计周期。

SCALE-iFlex系列优势

产品详细解析

王皓表示，SCALE-iFlex LT系列最大的特点包括确保并联的均流性，强大的抗串扰能力以及单独的短路保护功能。

MAG之间的指令信号传输延迟差异小于20ns，因此可以实现非常良好的控制同步。根据PI的实测结果显示，针对600A的电流，3个模块之间仅有±20A的差别，同步准确率高达97%以上。

而PI的高级有源钳位功能则无论方案的寄生电感有多大，都可以实现大于10%的过压余量，从而确保母线电压的安全。

目前，PI的MAG驱动器已率先支持英飞凌EconoDUAL 3模块，此外包括Mitsubishi、ABB、Fuji的其他MAG模块正在开发过程中，预计2022年一季度供应。

对于轨道交通类牵引应用，IGBT功率管并不需要并联应用，因此PI开发出了SCALE-iFlex Single产品，IMC和MAG可以直接安装在IGBT模块上。除了裁剪并联模块支持数之外，PI还专门针对轨道交通的绝缘隔离要求进行了改善，产品仅有44mm高，但具有高达3.3kV IMC绝缘以及高达1.7kV MAG绝缘，并且支持光纤和电气两种接口方案供客户选择。这些器件已经通过轨道标准IEC 61373 - Class 1B（冲击和振动）、IEC 61000-4-x（EMC测试）和IEC 60068-2-x（一系列环境测试）的预认证。

产品支持英飞凌和三菱等IGBT模块，提供1700V和3300V两种IGBT类型。

PI此次推出的全系列高压产品均可提供三防漆、24小时老化工艺等额外服务。

SCALE-iFlex LT与SCALE-iFlex Single系列产品图