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國產大功率IGBT驅動技術研究報告
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  • 國產大功率IGBT驅動技術摘要:本文介紹了國產大功率IGBT驅動技術的發展,并介紹了部分具有代表性的國產大功率IGBT驅動產品的技術指標和運用。
    關鍵詞:國產,IGBT,驅動技術
    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驅動模塊已成為大功率變頻器、開關電源以及電力變換等設備的關鍵部件,長期以來一直被國外少數企業所壟斷。全球主要的大功率IGBT模塊供應商有德國的英飛凌,西門康,瑞士的ABB以及日本的三菱公司。而全球的大功率IGBT驅動模塊供應商僅有瑞士的CONCEPT,德國的西門康等少數企業。隨著國內電力電子技術的長足進步,目前國內已有少數企業可以從事大功率IGBT的研發和生產,如南車集團和北車集團。
    在大功率IGBT驅動模塊方面,抄襲進口同類產品的除外,國內也有少數企業推出了自己的產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品最為齊全,產品覆蓋了高、中、低壓領域,是國內唯一 一家全產品鏈驅動提供企業,其產品已成功運用于工業變頻器、大功率感應加熱設備、電動汽車、高速鐵路以及武器裝備等領域。云南拓普特種電源科技有限公司推出的汽車級大功率IGBT驅動模塊,不但打破了國外的技術技術壟斷,還出口德國、瑞典、斯洛伐克、斯洛文尼亞和印度等國家。

    2 國內大功率IGBT驅動模塊技術狀況
    現代大功率電子設備的品質和可靠性不僅僅由大功率IGBT模塊所決定,它還與系統的不同功能單元有關,一個優秀的大功率IGBT驅動模塊在功率變換系統中是不可或缺的,它是IGBT模塊和控制器之間非常重要的接口電路,因此,選擇適當的驅動電路就和逆變器整體的可靠性緊密相關。大功率IGBT驅動模塊的主要性能包括:1)驅動能力,為IGBT開關提供足夠大的驅動電流,保證IGBT能可靠的開通和關斷;2)保護功能,當IGBT發生短路或者過流時,驅動器能在最短的時間關斷IGBT,保護功率器件3)隔離功能,由于IGBT通常是工作在高電壓、大電流的工作環境,驅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驅動模塊是指驅動功率大,且自帶隔離DC/DC電源,具有完善的保護電路的模塊化驅動產品。目前國內擁有自主知識產權的大功率IGBT驅動模塊研發企業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、驅動欠壓保護等功能,產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驅動模塊采用了先進的無磁芯變壓器隔離技術,具有傳播延遲時間短的優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境中,依然能穩定的工作。無磁芯變壓器技術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內集成變壓器的兩個繞組,如圖1a和圖1b所示。發送電路將輸入脈沖調制為一定規則的短脈沖信號,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計的高性能大功率IGBT驅動模塊其驅動頻率高達300kHz以上,遠遠超越了進口的同類產品,可廣泛運用于電動汽車、航空航天和武器裝備等領域。
     
    圖1a 無磁芯變壓器結構示意圖 圖1b 無磁芯變壓器信號傳輸原理示意圖

    在高壓大功率IGBT驅動模塊產品方面,目前國內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門極驅動電路以及過流保護電路于一體的高壓大功率IGBT驅動模塊,其代表產品有PHD620、PHD1032等。高壓大功率IGBT驅動模塊采用的是光纖隔離技術。和傳統的雙絞線相比,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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