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2SP0325 IGBT驱动器结合New MPD轻松实现可再生能源逆变器系统的
新款2SP0325 IGBT门极驱动器（CONCEPT推出的SCALE™-2即插即用门极驱动器家族的新成员）能够在太阳能和风力发电应用中，为Mitsubishi生产的New Mega Power Dual(New MPD) IGBT模块提供高效的驱动。该驱动器具有较高的集成度和优越的抗EMI性能，便于实现紧凑且高可靠性的功率变换器设计，是一种灵活且即时可用的解决方案。文章来源：http://www.igbt8.com/qd/229.html
随着可再生能源市场的不断扩大，太阳能和风力发电逆变器应用需要使用功能更强大的IGBT模块。理想情况下，所需要的IGBT模块数必须尽量保持最少，以便降低系统的成本及复杂度，同时还应保持高可靠性。为响应这一市场需求，Mitsubishi推出了New Mega Power Dual模块，该IGBT模块系列实现了在MW级应用中，三相逆变器的每一相只需使用一个半桥IGBT模块，而无需并联多个IGBT模块。有两种类型的IGBT可用：一种是专门针对太阳能逆变器设计的1200V/2500A模块(CM2500DY-24S)，另一种是针对风力发电逆变器设计的1700V/1800A模块(CM1800DY-34S)。通过采用CSTBT™（载流子储存的沟槽栅双极晶体管）技术，结合极低电感的内部布线，并使用先进的铝基板以优化模块的冷却性能，该 IGBT模块的性能得以优化[1]。
图1：2SP0325T用螺丝固定到New Mega Power Dual IGBT模块上
本文将介绍2SP0325 SCALE™-2驱动器的主要功能，该驱动器专门针对New Mega Power Dual IGBT模块而开发。该驱动器系列提供两种版本：
• 2SP0325T驱动器 —— 采用电气接口，具有较高的性价比，适用于对成本敏感的应用。
• 2SP0325V驱动器 —— 包含一组光纤接口，适用于需要使用光纤的应用。
这两种版本的驱动器都是安全、紧凑且可靠的解决方案，能够缩短变换器的设计周期。
适应严苛EMI环境的设计
门极驱动器是实现紧凑且高可靠性太阳能或风力发电逆变器的关键元件。驱动器不仅控制着变换器系统的开关特性和相关性能，而且还负责确保IGBT在安全的工作限值内进行工作，即使在过载或短路情况下也是如此。
IGBT模块内部的电感保持在相对较低的水平，这是因为直接在2SP0325驱动器下方沿着模块纵向放置了一个母排。驱动器上感应到的电磁干扰(EMI)在正常工作条件下相对较低，原因是母排中的电流变化出现在两个方向，从而形成一个较小的外部磁场，该磁场通常对于直接放置在IGBT模块上方的驱动器不会构成问题。但在出现IGBT短路时，磁场变化就会非常大，这是因为流经IGBT模块的电流非常大。IGBT驱动器的一项重要功能是能够在发生短路时在短时间内(<10µs)将IGBT可靠关断。因此，必须对驱动器设计进行优化，使其能够在强磁场环境中正常工作，特别是在IGBT短路情况下也能正常工作。
2SP0325的布局在设计之初已经过充分考虑，使用相应的铺地层以确保能够对驱动器的电子元件进行适当屏蔽，同时对功耗相对较高的元件进行最合理的散热，从而降低驱动器工作温度并相应的提高了可靠性。电气接口的版本(2SP0325T)针对15V逻辑进行设计，以进一步提高驱动器的信噪比。分立元件经过精心选择，确保更长的使用寿命和更高的可靠性。例如，CONCEPT产品中不使用电解电容。
高度集成的SCALE-2芯片组结合以上所述的优化设计，使得驱动器能够直接在IGBT模块上方安全工作，而无需在IGBT模块与驱动器之间采取任何屏蔽措施。
成熟的SCALE-2技术
SCALE-2芯片组在原方芯片LDI（逻辑驱动接口）和副方芯片IGD（智能门极驱动器）中集成了双通道门极驱动核的全部功能。该芯片组具有极高的集成度，因此可以极大地减少分立元件的使用，从而带来成本和可靠性优势[2]。
图2：2SP0325T SCALE-2驱动器内部框图
原方ASIC LDI主要执行以下功能：
• 将输入信号转换为变压器脉冲（电气接口）。
• 接收驱动器副方生成的故障信号，并传递至驱动器的原方接口。如果存在故障，驱动器在阻断时间内保持阻断状态（对应的驱动器通道保持关断状态）。
• 生成DC/DC变换器的开关信号。
• 监控原方电源。在出现电源欠压时，同时关闭两个驱动器通道，并生成故障信号。
• 可以选择两种工作模式：在直接模式下，用户可以对两个驱动器通道进行独立控制（死区时间必须从外部生成）。在半桥模式下，LDI在两个通道之间自动生成死区时间。
副方ASIC IGD执行以下功能：
• 将变压器信号转换成+15V/-10V门极-发射极电压。
• 短路监控 —— 在短路期间，相应的IGBT关断，故障信号传递至原方接口。
• 高级有源钳位（将在本文后面详细介绍）限制Vce关断过压。
• 监控驱动器副方电源电压。在电源发生欠压时，IGBT安全关断，生成故障信号并传回驱动器原方（电气接口）。
驱动器内置了DC-DC变压器，用来将门极驱动器所需的能量传输至副方。DC-DC电源和信号变压器都符合EN 50178的安全隔离标准，驱动器的原方与任何一个副方都可达到Ⅱ级防护等级。
灵活的解决方案
由于2SP0325驱动器装备了具有监控和控制功能的SCALE-2芯片组，全部功能已经具备，客户无需外加任何器件（如门极电阻），即使杂散电感高达35nH，驱动器也能应付自如。用户只需为驱动器提供15V的非隔离电源电压，并向门极驱动器提供对应的输入信号（电气或光纤连接器）即可。
随着可再生能源市场的不断扩大，太阳能和风力发电逆变器应用需要使用功能更强大的IGBT模块。理想情况下，所需要的IGBT模块数必须尽量保持最少，以便降低系统的成本及复杂度，同时还应保持高可靠性。为响应这一市场需求，Mitsubishi推出了New Mega Power Dual模块，该IGBT模块系列实现了在MW级应用中，三相逆变器的每一相只需使用一个半桥IGBT模块，而无需并联多个IGBT模块。有两种类型的IGBT可用：一种是专门针对太阳能逆变器设计的1200V/2500A模块(CM2500DY-24S)，另一种是针对风力发电逆变器设计的1700V/1800A模块(CM1800DY-34S)。通过采用CSTBT™（载流子储存的沟槽栅双极晶体管）技术，结合极低电感的内部布线，并使用先进的铝基板以优化模块的冷却性能，该 IGBT模块的性能得以优化[1]。
图1：2SP0325T用螺丝固定到New Mega Power Dual IGBT模块上
本文将介绍2SP0325 SCALE™-2驱动器的主要功能，该驱动器专门针对New Mega Power Dual IGBT模块而开发。该驱动器系列提供两种版本：
• 2SP0325T驱动器 —— 采用电气接口，具有较高的性价比，适用于对成本敏感的应用。
• 2SP0325V驱动器 —— 包含一组光纤接口，适用于需要使用光纤的应用。
这两种版本的驱动器都是安全、紧凑且可靠的解决方案，能够缩短变换器的设计周期。
适应严苛EMI环境的设计
门极驱动器是实现紧凑且高可靠性太阳能或风力发电逆变器的关键元件。驱动器不仅控制着变换器系统的开关特性和相关性能，而且还负责确保IGBT在安全的工作限值内进行工作，即使在过载或短路情况下也是如此。
IGBT模块内部的电感保持在相对较低的水平，这是因为直接在2SP0325驱动器下方沿着模块纵向放置了一个母排。驱动器上感应到的电磁干扰(EMI)在正常工作条件下相对较低，原因是母排中的电流变化出现在两个方向，从而形成一个较小的外部磁场，该磁场通常对于直接放置在IGBT模块上方的驱动器不会构成问题。但在出现IGBT短路时，磁场变化就会非常大，这是因为流经IGBT模块的电流非常大。IGBT驱动器的一项重要功能是能够在发生短路时在短时间内(<10µs)将IGBT可靠关断。因此，必须对驱动器设计进行优化，使其能够在强磁场环境中正常工作，特别是在IGBT短路情况下也能正常工作。
2SP0325的布局在设计之初已经过充分考虑，使用相应的铺地层以确保能够对驱动器的电子元件进行适当屏蔽，同时对功耗相对较高的元件进行最合理的散热，从而降低驱动器工作温度并相应的提高了可靠性。电气接口的版本(2SP0325T)针对15V逻辑进行设计，以进一步提高驱动器的信噪比。分立元件经过精心选择，确保更长的使用寿命和更高的可靠性。例如，CONCEPT产品中不使用电解电容。
高度集成的SCALE-2芯片组结合以上所述的优化设计，使得驱动器能够直接在IGBT模块上方安全工作，而无需在IGBT模块与驱动器之间采取任何屏蔽措施。
成熟的SCALE-2技术
SCALE-2芯片组在原方芯片LDI（逻辑驱动接口）和副方芯片IGD（智能门极驱动器）中集成了双通道门极驱动核的全部功能。该芯片组具有极高的集成度，因此可以极大地减少分立元件的使用，从而带来成本和可靠性优势[2]。
图2：2SP0325T SCALE-2驱动器内部框图
原方ASIC LDI主要执行以下功能：
• 将输入信号转换为变压器脉冲（电气接口）。
• 接收驱动器副方生成的故障信号，并传递至驱动器的原方接口。如果存在故障，驱动器在阻断时间内保持阻断状态（对应的驱动器通道保持关断状态）。
• 生成DC/DC变换器的开关信号。
• 监控原方电源。在出现电源欠压时，同时关闭两个驱动器通道，并生成故障信号。
• 可以选择两种工作模式：在直接模式下，用户可以对两个驱动器通道进行独立控制（死区时间必须从外部生成）。在半桥模式下，LDI在两个通道之间自动生成死区时间。
副方ASIC IGD执行以下功能：
• 将变压器信号转换成+15V/-10V门极-发射极电压。
• 短路监控 —— 在短路期间，相应的IGBT关断，故障信号传递至原方接口。
• 高级有源钳位（将在本文后面详细介绍）限制Vce关断过压。
• 监控驱动器副方电源电压。在电源发生欠压时，IGBT安全关断，生成故障信号并传回驱动器原方（电气接口）。
驱动器内置了DC-DC变压器，用来将门极驱动器所需的能量传输至副方。DC-DC电源和信号变压器都符合EN 50178的安全隔离标准，驱动器的原方与任何一个副方都可达到Ⅱ级防护等级。
灵活的解决方案
由于2SP0325驱动器装备了具有监控和控制功能的SCALE-2芯片组，全部功能已经具备，客户无需外加任何器件（如门极电阻），即使杂散电感高达35nH，驱动器也能应付自如。用户只需为驱动器提供15V的非隔离电源电压，并向门极驱动器提供对应的输入信号（电气或光纤连接器）即可。
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