集成式温升检测门极驱动器发力储能市场应用
最近，Power Integrations（PI）推出一个双通道门极驱动器SCALE-iFlex™ XLT家族系列产品。该系列产品具有2300伏最高耐压，支持多种应用场景，如储能光伏和风电等。此外，该产品还具备向下兼容性，可以兼容不同电平拓扑和电压的模块。
集成式NTC实现精确的温升管理
PI门级驱动器部门系统工程师经理王皓介绍说，SCALE-iFlex™ XLT是一种IGBT门极驱动器，其负温度系数（NTC）数据信息可以对功率模块进行隔离式温度检测，从而实现变换器系统的精确温升管理。SCALE-iFlex™ XLT直接将NTC的隔离和驱动板驱动隔离集成在一起，组成了一个集成的隔离方案。通过将隔离的温度信号传给控制端，即可实现变换器系统控制端的监测和精确温升管理。
据介绍，NTC温度检测适用于多种IGBT电压等级，如1200伏、1700伏和2300伏模块。采用这种方式，可以让IGBT在更高的结温下工作，使IGBT工作结温提高30℃。这有助于系统设计人员优化热设计，并在相同硬件的基础上将变换器的功率提高25%至30%，优化IGBT模块的利用率。
隔离的NTC读取功能还可降低逆变器系统硬件设计的复杂性，省去多个电缆、连接器和额外的安全隔离电路。此外，由于将驱动器和IGBT的NTC引脚连接，直接通过驱动器隔离为原边提供NTC信息，可以减少线缆，降低电弧风险。
轻松实现主流功率模块的控制
SCALE-iFlex™ XLT系列门极驱动器的一大特点是即插即用，可以适配市场上主流的单个半导体功率模块，例如LV100（三菱）、XHPTM 2（英飞凌）、HPnC（富士）以及耐压高达2300V的同等模块。这种组合搭配适用于储能系统以及风电和光伏可再生能源应用。这款超紧凑单板驱动器可对逆变器模块进行主动温升管理，从而提高系统利用率，并简化物料清单（BOM），同时提高逆变器系统的可靠性。
王皓表示：“我们解决了为新型双通道IGBT模块构建单板门极驱动器的各种挑战。新款SCALE-iFlex™ XLT门极驱动器结构紧凑，完全契合此类模块的外形尺寸，客户可轻松完成功率模块与驱动器的安装，为逆变器系统设计人员提供了极高的机械设计自由度。”
另外，新款门极驱动器采用Power Integrations的SCALE-2芯片组，最大限度减少了元件数量，提高了可靠性。与以往的产品一样，该门极驱动板也提供短路时保护功能来保护功率开关器件。
高压绝缘与可靠性的优化
据介绍，新款门极驱动器具有非常好的绝缘性能，可以支持高达2300伏模块，以足够的功率来驱动门级器件。
在绝缘方面，针对采用传统两电平拓扑结构的1700V模块，SCALE-iFlex™ XLT可提供加强绝缘等级。利用加强绝缘，可以减小客户整机的绝缘设计难度，用一层简单的基本绝缘即可。针对三电平结构系统母线电压会翻倍的情况，基于SCALE-iFlex™ XLT的紧凑设计，三电平1200V和2300伏也可以满足基本绝缘要求。
王皓解释说，SCALE-iFlex™ XLT针对单管应用，能够帮助客户用IGBT模块做出非常紧凑的整机设计，在这种应用场景下不会使用两个IGBT并联，所以绝缘要求并不高。如果要在有限的空间里加大功率，可以选择2300伏的模块。
PI在有限的面积内同样提供了每通道1W的门极驱动功率和高达15A的驱动电流水平，同时具备退饱和和检测短路保护的功能。这样就可以保证在短路条件下对IGBT进行保护。同时，也可以根据客户的要求提供三防漆选项，保护驱动器在更恶劣环境下可靠地工作。
他还特别提到，针对轨道交通应用，模块的元器件会进行冲击震动测试，以验证模块在轨道交通等场景下的应用可靠性。其次，还会进行EMC和环境测试，通过实验室认证和第三方认证，确保产品符合要求。此外，还会进行环境温度、老化循环等测试，以保证产品的稳定性和可靠性。
据了解，PI所有的产品都经过了出厂测试，包括高压绝缘测试和局部放电测试，可保证每个产品都符合严格的绝缘和安规要求。
单PCBA结构的优势
PI的新款SCALE-iFlex™ XLT门极驱动器采用单PCBA实现了紧凑的结构，提供完全与模块尺寸的契合，可轻松完成功率模块与驱动器的安装，从而为逆变器系统设计人员提供了极高的机械设计自由度。
以往，要实现与SCALE-iFlex™ XLT类似的功能，使用传统门极驱动器就需要增加子板，占用更多的空间，元件数也更多。与传统的堆叠板式方案相比，SCALE-iFlex™ XLT作为一个完整的方案，其高度只有31毫米，比两层板的叠层设计低很多。
基于紧凑型方案，SCALE-iFlex™ XLT的器件数量也少了很多。相比传统的门极驱动器，这是一个非常大的优势。如果是1500V的储能系统，采用这个紧凑型方案可以节省每个IGBT周围母排设计的空间，使整机变得非常紧凑。
王皓最后表示，SCALE-iFlex™ XLT产品计划在2024年第四季度量产，现在正在进行产品级别的可靠性测试，已经可以为客户提供样品。