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IGBT驱动芯片进入智能数字化时代

http://data.acmr.com.cn  2021/10/22  科技日报


  奔驰在祖国大江南北的高铁动车组,穿梭在城市大街小巷的电动汽车,矗立在东海沿线的风力发电机,将清洁能源输送至电网的柔性直流输电装置,这些设备都离不开一种叫IGBT的核心。IGBT能够实现电能的高效转换与传输,是支撑高比例新能源消纳、新型电力系统的关键基础。IGBT关键技术主要包括IGBT功率器件和IGBT驱动器,如果说功率器件是电力电子设备的“心脏”,那么IGBT驱动器则是电力电子设备的“大脑”。IGBT驱动器发出执行命令,实现故障预判及保护,保障IGBT功率器件安全高效地运行。

  现有的IGBT驱动器有模拟型和数字型两种技术路线。IGBT模拟型驱动器已经实现了核心电路的芯片化,但是其驱动参数和保护定值大多都是固定不变的,或者仅能通过改变外围电路的方式调节,并且模拟驱动器与上层控制器的通信协议也比较固定,无法兼容多种应用场景,极大地限制了模拟驱动器的适用范围,而核心技术也长期被国外垄断。IGBT数字型驱动器的控制保护能力更加快速、精准、灵活,其可重构功能更是极大地拓宽了IGBT数字驱动器的性能,然而当前的IGBT数字驱动器都是采用分立器件设计而成,尚未出现专用IGBT数字驱动芯片,因此相较于IGBT模拟型驱动器,IGBT数字驱动器体积大、成本高的短板较为明显。IGBT数字驱动的芯片化是降低成本和体积、提高可靠性的关键路径,是新一代IGBT驱动的必然趋势,已成为制约我国高端电力电子装备发展的卡脖子技术。

  记者获悉,全球能源互联网研究院有限公司(联研院)经过多年潜心研究与探索,攻克噪声干扰机理分析与芯片级电磁防护、高密度数模混合集成、片上状态感知等关键技术,通过参股公司北京联研国芯技术有限责任公司产品化,日前成功推出全球首款IGBT智能数字驱动芯片SDD(Smart Digtal Driver),引领IGBT驱动芯片进入智能数字化时代。

  IGBT智能数字驱动芯片首次在驱动芯片中集成了IGBT状态感知功能,通过内置的检测单元,可实现对IGBT多个状态参量的实时精确采集,具备单线聚合通讯单元,可将感知数据实时上传;依托芯片内部可重构架构,可实现根据不同应用场景定制化配置控制保护算法,同时能够灵活设定保护时间与保护定值,并支持用户自定义通信协议。

  此外,该芯片可更加快速地控制和保护IGBT,相比模拟芯片故障判定时间可缩短50%;能够支持多达16级开通/关断电阻调节,可配置最多10级故障检测通道,能够实现更高的控制和检测精度;相比基于分立器件的数字驱动器,实现相同功能所需元器件数量降低70%,驱动器可靠性大幅度提高。SDD01封装尺寸为13mmx13mm,所需面积降低60%,而更小的体积、更少的元器件数量也将大大降低驱动器的生产成本。

  IGBT智能数字驱动芯片解决了驱动芯片卡脖子技术难题,将成为实现新型电力系统数字化转型的助推剂。未来智能数字驱动芯片将广泛应用于智能电网,新能源发电,轨道交通,电动汽车等领域,助力数字经济新浪潮。(记者 马爱平)


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