Amantys IGBT驱动通过设计简化电源

总部位于英国剑桥的半导体公司Amantys日前在深圳发布了一款针对高功率模块的全新绝缘栅双极晶体管（IGBT）栅极驱动器，工作电压为4500V，可驱动IGBT模块额定电流从400A至1200A，它专为支持包括ABB、Dynex、Hitachi、英飞凌和三菱等制造商的模块产品而设计。这一全新的Amantys IGBT栅极驱动器集成了Amantys Power InsightTM状态监测硬件和软件子系统，用以观察和报告关键性的电源开关特性。基于“通过设计简化电源”的理念，Amantys电源驱动器实现了完全集成，并可测量和输出现有PWM和故障接口的关键性能参数，大大简化了设计入选(design-in)过程。4500V的IGBT驱动器，目前最主要的应用领域是高铁、地铁、海上风力发电机和电动汽车等应用。此项产品的推广，将有望大大降低高铁、电动汽车和海上风力发电机等重要领域设备的维护成本，并提升设备的安全可靠性。
目前的IGBT栅极驱动器其工作电压范围为几十到几千伏不等，低压驱动器所适用的范围基本涵盖了我们所涉及到绝大多数领域，国产及进口的各品牌如雨后春笋般不断涌现。当其他产商都在争先恐后的抢占低压驱动器市场时，Amantys避其锋芒，专攻高压驱动器领域。
这一全新的Amantys IGBT栅极驱动器集成了Amantys Power InsightTM状态监测硬件和软件子系统，用以观察和报告关键性的电源开关特性。
“传统的栅极驱动器与系统的通信能力较差，反馈能力较低，适配性也不高。” Amantys中国区域销售经理Alex Barton表示。
状态监测硬件和软件子系统能够提高系统的通信能力。通过该系统用户能够在栅极驱动器运行的过程中了解驱动器具体的运行状态。
是否正常运行，是否出现故障，是否需要进行维护等等情况，都能够实时了解，及时对硬件进行控制（包括远程控制）。
凭借其独特的监控能力，Amantys Power Insight有助于客户在开发的每一个阶段观察和调整系统性能，直到设备调试和进入运行。4.5kV Amantys电源驱动器扩大了Amantys Power Insight的优势，包括提高针对更高电压应用的系统效率和可靠性等。
基于“通过设计简化电源”的理念，Amantys电源驱动器实现了完全集成，并可测量和输出现有PWM和故障接口的关键性能参数，大大简化了设计入选程。
相对于其他厂商的低压驱动器而言，Amantys所专注的高压驱动器的使用范围以及市场规模都相对较小。可能正是这个原因，大厂商投入不多，产品功能不够丰富，间接的为新晋驱动器生产厂商创造了生存空间。
 在相对关注程度较少的领域提供功能较多的产品，这应该是Amantys这一初创企业目前所采取的生存策略。
 毕竟对于当前的IGBT驱动器市场而言，产品功能过于单一是其最大软肋。初创企业既然不能够在竞争激烈的低压驱动器市场取得进展（品牌效应起到很大作用），那转而在高压驱动器市场寻求突破，也未尝不是一条可行之路。
Amantys目前的产品有针对1200V和1700V的 PrimPACK 门驱动，1200V、1700V和3300V的高电压模组门驱动。此次最新发布的是4500V电压的IGBT门驱动。
目前在机车领域的IGBT模组供应商，主要有ABB、Dynex（南车）、Hitachi、英飞凌和三菱等。当然，国内的北车也宣布生产的6500V/600A、3300V/1200A等IGBT模组通过了专家认定。但具体量产与市场应用情况尚不清楚。
在高速铁路和电铁机车上，过去3300V和6500V的IGBT是主流的规格，4500V是今年新增加的电压等级。此外，4500V的IGBT还用到了海上的风力发电机。据悉，海上风力发电机通常的功率在6兆瓦10兆瓦的级别，而目前在我国北方广泛应用的陆地上的风力发电力的发电级一般是1.5兆和2兆瓦级。
Steve称，在这个4500V的驱动模组中，最关键的技术是Amantys的嵌入式功率电子监测和数据读取技术Amantys Power Insight^TM及包括所有软件和硬件在内的开发工具包。
Amantys Power Insight技术原理：
当然，打开来说，Power Insight技术原理并不神奇，但确实是一种创新的设计理念：将高压IGBT的驱动从模拟变成了数字，同时还增加了智能化的监测。
Steve Evans介绍，在大功率IGBT模块的应用，如高速铁路机车变流器、动力变流器、城市轨道交通变流器、直流输电逆变器、矿用变频器、风力发电变频器应用中，IGBT的质量可靠性、安全性和寿命是非常关键的因素。对IGBT的正常使用造成影响的外部因素主要是门驱动的电压、电流以及IGBT的温度等。
因此如果能够对这些因素进行监测、数据存取和读取，对于IGBT的寿命、安全性和可靠性，以及相关的维护有着很重要的作用。
Power Insight就是在IGBT的模组外，增设一套Power Drive套件，通过这个基于ARM  MCU的模组套件，来实时（远程）监测IGBT工作时的一些数据，例如电压、电流、温度、断路等情况，同时还将这些数据存取到电脑中，以便随时可以读取与研究。
其次，用户可以通过这个套件中的软件，在PC上设置好参数，进行数据报警和其他工作指令。运营和维护团队可以及时地看到系统记录下的IGBT出现的各种状况，以便随时进行相关的维护。
而在此之前，工程师都是通过阻容的并串联来实现对IGBT的保护，属于纯模拟电路的做法。
Amantys Power Insight的相关案例：
不可否认，Amantys Power Insight这是一个新的技术。在工业级应用上，新的技术和理念要在业界大力推广，还需要更多的实际验证。Steve Evans也对此表示认同。
Steve Evans表示，Amantys确实面临着类似的挑战，目前业内内样做法的只有两家，但Amantys是其中处于更领先的位置。他认为，这种做法确实是非常好的方式，并在一条试验铁路上得到了验证。同时，公司的客户与合作伙伴，都非常认可这个技术。他个人表示很有信心。
目前，Amantys的系统在一家葡萄牙服务了20年的地铁公司EMEF进行测试。这家公司采用的是很老的GTO 晶闸管功率系统，故障率不断上升。铁路的维护成本高企。
在引入Amantys Power Insight 4500V 门驱动技术后，EMEF通过监测系统，降低了故障率和维护的成本，同时还开发出了新的电源系统，采用IGBT模组替换了原来的GTO晶闸管。
Steve Evans说，EMEF的技术员工可以在PCIM Europe的Amantys 展台上对一条在Lisbon的测试铁路进行即时的监测，从2500公里之外，通过光纤连接，来诊断和修复发现的问题。 Amantys公司背景：
在深圳媒体见面会上，Amantys公司副总裁Steve Evans介绍了Amantys的公司背景。
Amantys公司于2010年在英国剑桥成立，技术来源与剑桥大学的电力实验室有着密切的关系。成立时的第一轮VC（风险投资）来自于ARM。
Amantys是一家典型的初创企业，专注于利用数字技术驱动控制IGBT模组。公司成立以来共获得了三轮投资，后两轮分别来自Avago和Moonray Investors。
Steve说，到目前为止，公司员工只有25名，技术人员中有来自ARM公司的，做嵌入式软件，也有功率电子、数字设计、高性能模拟设计、模拟ASIC架构以及测试工程的技术专家。
在2012年Amantys发布了第一个系列的产品Power Drives，通过ARM内核的MCU的驱动模组来监测与驱动3300V、1700V和1200V的IGBT。
在2013年Amantys开发出独有技术Power Insight，目前被应用到了一辆测试列车上。
2013年6月公司在中国设立Office，并组建了在中国当地的分销商渠道。
Steve Evans介绍，他们的分销商都有着在IGBT领域较为丰富的市场与推广经验，包括在中国风力发电、高欠缺、电动车等市场推广IGBT的分销商北京赛力康创电气、香港邪念创台信电子、威柏电子等公司。这三家分销商分别位于北京、上海和深圳，同时也是英飞凌、日立和FUJI等IGBT的授权分销商。
Steve Evans表示他们也很在继续与活动在中国的IGBT或高压电力电子领域的分销商洽谈建立合作关系。
中国在打算建设91条高速铁路，并且计划要在35个城市中修建超过6000公里的地铁。在风力和太阳能等可再生能源领域，中国也是位居世界前列。统计数据显示2013年中国将超过德国，成为世界第一大太阳能光伏生产国。下一个十年中，中国电力还要建设24条高压直流输电线网，总投资将达到3000亿元。而在中高压市场的工业变电领域的需求也非常强劲。
补充知识：
大功率IGBT模块电压具有 1200V、1700V、2500V、3300V、6500V五种封装规格。其中3300V和6500V产品主要用于航空航天、高速铁路机车变流器、动力变流器、城市轨道交通变流器、直流输电逆变器、矿用变频器、风力发电变频器。
全球IGBT市场中最主要的供应厂商由国外少数大公司控制，它们代表国际IGBT技术最高水平。包括日本三菱、东芝，德国英飞凌、瑞士ABB等公司，其中3300V-6500V等级IGBT主要由英飞凌、ABB、三菱与东芝等少数几家所垄断，英飞凌在奥地利的有一条6英寸高压IGBT芯片生产线和大功率IGBT模块封装线，在马来西亚的有一条月产达到10万片8英寸芯片线，ABB拥有年产20万片6英寸IGBT芯片的生产线，年产25万只高压大功率IGBT模块封装线；日本三菱是位于亚洲的最重要竞争对手，该公司产品与英飞凌类似，在大功率沟槽IGBT技术方面在国际上处于领先水平