根據(jù)2020年12月12日國家主席習(xí)近平在氣候雄心峰會上發(fā)表的重要講話，到2030年中國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放將比2005年下降65％以上，非化石能源占一次能源消費比重將達到25％左右，風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機容量將達到12億千瓦以上，風(fēng)電行業(yè)將會迎來新一輪的發(fā)展熱潮。
隨著風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展，以及受到補貼退坡、平價上網(wǎng)的影響，風(fēng)電行業(yè)核心訴求變?yōu)樽非蠖入姵杀镜南陆担@就要求風(fēng)電系統(tǒng)在具有更高效率的同時還要擁有更低的價格，意味著風(fēng)機系統(tǒng)需進一步大型化和高壓化。同時，三北市場的回歸和海上風(fēng)電的蓬勃發(fā)展，也為大型風(fēng)電系統(tǒng)提供了足夠的場地條件。海上風(fēng)電由于高昂的維護成本，對可靠性提出了更高的要求。
相應(yīng)地，系統(tǒng)也對風(fēng)電變流器提出了更高的要求：
電氣方面：交流電壓由690V逐步向1140V提升，主力功率段也上升到2.5~3MW，更高功率的機型占比也在逐年增加，最高功率已經(jīng)達到12MW，這使得I型三電平將成為風(fēng)電變流器的主流拓?fù)?/p>
可靠性方面：由于高昂的維修費用和停機損失，對失效率的要求也愈加嚴(yán)苛
供應(yīng)方面：由于本行業(yè)和同領(lǐng)域其他行業(yè)快速增長擠占大量產(chǎn)能，且疫情造成產(chǎn)能大幅下降，供應(yīng)形勢十分嚴(yán)峻，對特殊物料的選擇就顯得格外重要
為響應(yīng)市場需求，解決客戶端的燃眉之急，青銅劍技術(shù)苦心鉆研，推出適用于風(fēng)電變流器的新型IGBT驅(qū)動解決方案6AB0460T17。
該方案采用主板+門極板的組合方式，通過調(diào)整門極板可以適配62mm、EconoDualTM3、PrimePackTM3等多種封裝形式
采用自研的ASIC芯片搭建核心電路，減少外圍電路設(shè)計，可靠性高
以變壓器做為唯一的隔離器件，器件性能不會隨時間衰減，穩(wěn)定性好，采購方便
無CPLD設(shè)計，提高了產(chǎn)品的可采購性
六通道輸出，支持NPC1和ANPC I型三電平拓?fù)?/p>
單通道峰值驅(qū)動電流60A，驅(qū)動功率4W，最多可支持EconoDualTM3和62mm封裝4并聯(lián)或PrimePackTM3封裝2并聯(lián)
高絕緣設(shè)計，最高可滿足1700V IGBT的應(yīng)用場景
可支持DB15、DB25或30PIN牛角等多種輸入接口
集成模擬控制的智能關(guān)斷技術(shù)
集成VCE短路檢測、軟關(guān)斷功能
設(shè)計緊湊，主板尺寸僅為299.5mm*160mm
工作環(huán)境溫度-40~85℃
不同于傳統(tǒng)的I型三電平驅(qū)動控制和隔離方案，6AB0460T17采用青銅劍技術(shù)最新研發(fā)的驅(qū)動芯片組，在芯片內(nèi)部集成模擬控制延時電路，前端控制側(cè)無需再外置CPLD，并采用變壓器這種性能不會隨著時間衰減的器件作為唯一的隔離器件，極大地降低了產(chǎn)品的失效率，提高了產(chǎn)品的可靠性。
青銅劍自主研發(fā)的驅(qū)動芯片組如下圖所示：
芯片組由一個原邊芯片和兩個副邊芯片組成。原邊芯片集成信號調(diào)制、解調(diào)、電源發(fā)波功能并和整機控制側(cè)進行數(shù)據(jù)交互。副邊芯片集成信號調(diào)制、解調(diào)、正負(fù)壓穩(wěn)壓功能以及IGBT驅(qū)動所需的驅(qū)動能力、VCE短路檢測、軟關(guān)斷等功能。芯片組高度集成化使得外圍電路設(shè)計簡單，極大地減小了元器件的數(shù)量，提高了系統(tǒng)集成度，抗干擾性好，可靠性高。
方案通過變壓器實現(xiàn)隔離，由一個供電電源變壓器和兩個信號變壓器組成。供電電源變壓器采用一個原邊繞組+兩個副邊繞組，由原邊芯片發(fā)波，驅(qū)動電源主MOS管進行斬波，副邊采用外部整流，并通過芯片內(nèi)部穩(wěn)壓器輸出穩(wěn)定的正壓和可靠的負(fù)壓。信號變壓器由一個原邊繞組+一個副邊繞組實現(xiàn)，信號的傳輸采用半雙工的方式進行，發(fā)送和接收通過同一個變壓器，采用脈沖方式傳輸，通過不同的脈沖來表示開通、關(guān)斷和故障狀態(tài)。
這一隔離方案擺脫了絕大數(shù)隔離驅(qū)動芯片封裝安規(guī)距離僅有7.8mm的限制，原材料易于獲取，在滿足風(fēng)電行業(yè)要求的同時解決了現(xiàn)在隔離驅(qū)動芯片緊缺的困境。并且變壓器的磁通在產(chǎn)品生命周期內(nèi)非常穩(wěn)定，不會隨著時間而衰減，可以滿足風(fēng)電行業(yè)特別是海上風(fēng)電日益提高的可靠性要求。
另外，I型三電平在保護時存在一個重大的問題：在內(nèi)外管同時導(dǎo)通時若先關(guān)閉了內(nèi)管，會導(dǎo)致內(nèi)管可能承受全母線電壓而過壓損壞，因此一般I型三電平驅(qū)動中會增加智能關(guān)斷技術(shù)，即在發(fā)生故障時，外管先關(guān)閉，內(nèi)管延時一段時間再關(guān)閉。在傳統(tǒng)的IGBT驅(qū)動設(shè)計中，由于實現(xiàn)邏輯較為復(fù)雜，會通過集成CPLD之類的可編程邏輯器件實現(xiàn)該功能，但這無疑會增加系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本。
青銅劍技術(shù)為解決這一問題，在副邊ASIC芯片中集成了相應(yīng)的模擬延遲電路，電路圖如下：
當(dāng)副邊芯片檢測到故障后，芯片產(chǎn)生故障信號，向原邊芯片發(fā)送故障信號。同時，該故障信號會將副邊芯片內(nèi)部恒流源打開，使得后級比較器輸入級超過閾值使得比較器翻轉(zhuǎn)，關(guān)閉驅(qū)動輸出。這一比較器的輸入端引出到芯片外部，即FAULT腳。在此引腳增加一個電容后，當(dāng)故障信號產(chǎn)生，比較器輸入級不會馬上達到閾值，而需要依靠恒流源對電容進行一段時間的充電后達到閾值電壓再對驅(qū)動進行關(guān)斷，但副邊芯片對原邊芯片發(fā)送的故障信號會立即發(fā)送。
通過該電路，驅(qū)動可以實現(xiàn)驅(qū)動輸出在原邊出現(xiàn)故障信號延時一段時間后再關(guān)閉，延時時間可通過電容進行靈活配置。內(nèi)管在這一段延時時間內(nèi)仍然會發(fā)送故障信號，控制外管優(yōu)先關(guān)閉，在外管關(guān)閉后再允許內(nèi)管關(guān)閉。這一方案取消了CPLD這一類可編程邏輯器件，提高了驅(qū)動產(chǎn)品的可采購性，并降低了系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜性。
