SCALE-iFlex家族再添一员，PI全新门极驱动器可使变换器功率提高30%
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近年来，随着全球储能市场的不断扩大和竞争加剧，越来越多的国家与企业开始将目光瞄向了150GW的储能项目，如风电、光伏等。虽然这种高压系统可以带来更低的电流和更少的损耗，但却也对半导体元器件的可靠性和稳定性提出了更高要求。
为了适应储能市场大功率、高电压、低成本的发展趋势，功率变换IC领域的全球领导者Power Integrations（以下简称“PI”）近日推出了一款适用于1200V至2300V“新型双通道”IGBT模块的单板即插即用型门极驱动器——SCALE-iFlex™ XLT，旨在以技术创新为突破口，提高逆变器系统的可靠性和利用率。
据了解，此次发布的SCALE-iFlex XLT即插即用型门极驱动器是SCALE-iFlex系列中最先进的一款产品，它不仅具有更高的功率密度，其应用范围也更加广泛。
据PI门级驱动器部门系统工程师经理王皓介绍，SCALE-iFlex XLT是一款集成式温升检测产品，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），以提高逆变器系统的可靠性。该产品专门面向储能系统以及风电和光伏可再生能源应用而设计，同时也适用于轨道交通应用场景。
与SCALE-iFlex家族的其他几款产品相比，SCALE-iFlex XLT主要具有以下几个特点：
一是，高度集成，结构极为紧凑。SCALE-iFlex XLT采用了PI的SCALE-2芯片组，这种设计能使其内部集成的元件数量相对更少，仅使用单个PCBA（印刷电路板组装）即可完成产品开发，并且每通道在最高环境温度下的输出功率为1W。这与传统的门极驱动器相比，其可靠性、功率密度和机械设计自由度都更胜一筹。
二是，采用两电平和三电平ANPC拓扑结构。这是一种高效、可靠的电力电子拓扑结构，它可以将直流电压转换为交流电压，并且能够控制输出电压的大小和频率。基于这种多级拓扑，SCALE-iFlex XLT非常适用于1700V功率模块的两电平应用，以及1200V功率模块的基本隔离的三电平应用；同时，通过NTC检测读取隔离温度，还可将检测扩展到2300V系统。
三是，支持LV100、XHP 2、HPnC或同等功率模块。SCALE-iFlex XLT系列双通道即插即用型门极驱动器适用的模块结构尺寸涵盖了目前市面上通用的IGBT模块形状，可适配1200V至2300V的单个LV100（三菱）、XHPTM 2（英飞凌）、HPnC（富士），以及耐压高达2300V的同等半导体功率模块。
四是，功能特性符合应用要求。在功率半导体驱动电路中，退饱和短路保护是一种非常重要的安全功能。所谓退饱和短路保护，指的是当功率器件在电流增大时或者遇到短路的工况，功率元件的工作区会从饱和区退出到线性区，此时IGBT模块两端的电流不变，但器件两端的压降会急剧升高，导致元件的功耗升高，而温升也会升高。为了防止这种工况下IGBT模块长时间工作导致损坏，PI在SCALE-iFlex XLT中增加了退饱和检测功能，以进行短路保护。
除此之外，SCALE-iFlex XLT还可提供三防漆选项，保护驱动器在更恶劣环境下可靠工作。
除了上述提到的结构设计检测，SCALE-iFlex XLT的另外一个特征就是具有隔离温度检测读取功能（NTC）。
据王皓介绍，传统解决方案因为NTC和IGBT是一个整体，做NTC检测就需要隔离。如果驱动器不带NTC功能，客户系统又需要监测NTC信息，就需要额外通过一根电缆连到另一个电路。而这个电路需要有专门的NTC隔离，才能把温度信号提供给控制端进行NTC温度采样。现在SCALE-iFlex XLT直接将NTC的隔离和驱动板本身的驱动信号隔离集成在一起，形成一个集成的隔离方案，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。
据了解，这一功能可使系统设计人员能够优化热设计，并在相同硬件的基础上将变换器的功率提高25%至30%。此外，隔离的NTC读取功能还能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。
另外值得一提的是，SCALE-iFlex XLT不仅支持多种拓扑结构，还能提供2300V的绝缘强度，这一设计在业界堪称首创。
要知道，门极驱动器的保护功能，对于确保功率模块安全运行至关重要。而在综合安全保证方面，SCALE-iFlex XLT不仅经过了100%生产测试（包括局部放电测试和变压器HIPOT测试），而且还符合RoHS标准；同时，该产品的PCB和变压器材料上的爬电距离，与初级和次级侧之间的间隙距离，也符合IEC 61800-5-1加强要求。
总之，此次PI推出的SCALE-iFlex XLT即插即用型门极驱动器是一款性能稳定、安全可靠、应用广泛，且易于集成和配置的温升检测产品。它不仅能够最大限度地减少元件数量，简化结构设计，提高可靠性，而且还可以很好地与IGBT的尺寸相匹配。
据悉，该产品目前正在进行认证测试，计划将于2024年第四季度实现量产。届时，这款全新门极驱动器凭借上述优势，一定能为储能市场带来革命性改变。
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