数字IGBT驱动技术在高可靠性APF_SVG产品中的应用_洪磊ppt课件

1、数字IGBT驱动技术在高可靠性APF/SVG产品中的运用杭州飞仕得科技大纲APF/SVG产品的可靠性NPC I型三电平运用的挑战Firstack智能处理方案Firstack实践运用案例总结APF/SVG产品的可靠性APF/SVG产品的可靠性【Source: U. Choi, F. Blaabjerg, K.Lee, “Study and Handling Methods of Power IGBT Module Failures in Power Electronic Converter SystemIEEE Trans. Power Electron., vol. 30, no.5, pp.

2、2517-2533, May. 2021. 失效率：IGBT+驱动器50%APF/SVG产品的可靠性100A/两电平：8006002200mm100A/三电平：447620 267mm 体积减小近80%更高效率，更高功率密度，更低系统本钱大纲APF/SVG产品的可靠性NPC I型三电平系统挑战Firstack智能处理方案Firstack实践运用案例总结NPC I型三电平系统挑战内外管的时序问题 内管关断尖峰过高模组缺点难以定位内外管的时序问题S1S2S3S4H进制输出1100C+101004+101106000102000113-100102001106001004+11100C+1NPC I

3、型三电平有5种模态，其中包括稳态C，6，3和过渡态4，2C，6，3稳态遵照S1和S3互补，S2和S4互补原那么内外管的时序问题S1S2S3S4H进制输出1100C+101004+101106000102000113-100102001106001004+11100C+1正常3模态下，电流流过S3，S4，AC点的电位为-1此时停机或者出现过流，欠压，短路等异常工况。先关S3还是先关S4？内外管的时序问题先关S3，S3接受整个母线电压，S3过压损坏！VCE_S3=VDCVCE_S3=1/2VDC内外管的时序问题-传统处理方案 I方案 I：内管无短路维护+上位机协调广泛运用于1200V以下中小功率场

4、所本钱低维护不全面，可靠性依赖于系统设计及消费工艺对于部分驱动IC，无法屏蔽UV缺点，存在时序风险内外管的时序问题-传统处理方案 II方案 II：高级有源钳位+上位机协调依托有源钳位防止内管过压维护齐全维护战略简单，等同于两电平省去缺点通讯/滤波时间12us！ 处理了过压，但时序问题依然存在内管先关风险分析VCE_S3_max=4.20kVIS3_max=4.8*InomVDC=5800V, S3先于S4关断4us钳位效果良好，但S3的损耗与短路工况相当CH1：VCE_S3CH2：VCE_S4CH3：IC_S3CH4：IC_S4IGBT型号：FZ1200R45KL3本钱高：TVS数量多1632

5、/相有源钳位阈值设置需谨慎：母线电压动摇中点不平衡510%TVS精度510%&温漂510%S3进入线性区，等同于短路，对模块呵斥冲击内外管的时序问题-传统处理方案 III总结方案类型内管无保护有源钳位成本低高保护齐全差好可靠性一般较好保护策略简单简单控制系统配合DSP+CPLD+驱动DSP+CPLD+驱动应用领域低压小功率高压领域控制系统失效，衔接器零落？总结方案类型内管无保护有源钳位成本低高保护齐全差好可靠性一般较好保护策略简单简单控制系统配合DSP+CPLD+驱动DSP+CPLD+驱动应用领域低压小功率高压领域内管关断尖峰过高大换流回路：6-4模态切换，换流回路穿过C1，D1，S2，S3，

6、D6器件大杂散电感：不同模块及母排组成的拓扑，杂散电感值在80100nH左右内管关断尖峰过高-传统处理方案 I方案 I：加吸收电容部分运用场所杂散电感过大，尖峰抑制不住发热严重，部分场所构造限制，无法加吸收电容内管关断尖峰过高-传统处理方案 II方案 II：有源钳位过高的尖峰导致有源钳位频繁动作，TVS有过热损坏风险结论方案类型吸收电容有源钳位关断尖峰抑制效果一般较好结构适应性差好关键器件发热严重一般关键器件寿命一般一般模组缺点难以定位12个IGBT，2类以上缺点，1或3个缺点前往口总结更高可靠性时序管理：能否存在独立于上位机，更快，各种异常工况均维护？尖峰抑制：能否存在更好的电压尖峰抑制技术

7、？缺点定位：更准确，更智能，为系统调试与维护提供数据支撑？大纲APF/SVG产品的可靠性NPC I型三电平运用的挑战Firstack智能处理方案Firstack实践运用案例总结Firstack智能处理方案内外管的时序问题智能时序管理 OS内管关断尖峰过高分级关断技术模组缺点难以定位智能缺点通讯Firstack智能处理方案内外管的时序问题智能时序管理 OS内管关断尖峰过高分级关断技术模组缺点难以定位智能缺点通讯NPC I型拓扑构成英飞凌：EasyPACKVincotech：flow NPC 1内外管的时序问题处理方案不依赖上位机正常工况：关断时序监测，错误时序会告警异常工况：欠压、短路、PWM指

8、令异常、接插件零落等按时序关断方案 ：智能时序管理 OS欠压形状下时序关断S4VCCS3驱动电源欠压形状下，先关断外管S4，再关断内管S3CH1：VGE-S3CH2：VccCH4：VGE-S4短路形状下时序关断S3S4VDC=900V 、IC=150A、 F3L150R07W2E3_B11、NPC两并联、S3管CH1：VGE-S4CH2：VCE-S4CH3：ICCH4：VGE-S3S3管短路形状下，先关断外管S4，再关断内管S3Firstack智能处理方案内外管的时序问题智能时序管理 OS内管关断尖峰过高分级关断技术模组缺点难以定位智能缺点通讯分级关断在不同的关断过程中采用不同电阻优化关断特性

9、，有效降低电压尖峰CH1:VGECH2:VCECH3:IC1CH4:IC2VCE-MAXV正常关断620V168V分级关断556V108VV35%VDC=900V 、IC=150A、 F3L150R07W2E3_B11, NPC两并联F3L150R07W2E3_B11两并联可实现150A的APF分级关断Firstack智能处理方案内外管的时序问题智能时序管理 OS内管关断尖峰过高分级关断技术模组缺点难以定位智能缺点通讯展开UV时，缺点前往坚持时间：25msSC时，缺点前往坚持时间：10ms缺点分类：区分SC短路缺点和UV电源欠压缺点协助客户快速定位整机缺点，降低研发及维护本钱智能缺点通讯大纲A

10、PF/SVG产品的可靠性NPC I型三电平运用的挑战Firstack智能处理方案Firstack实践运用案例总结380VAC/100kVA变流器运用380VAC /100kVA三电平变流器F3L150R07W2E3_B11两并联最大开关频率20kHz功率模组体积：430*250*183mm3运用：光伏/UPS/APF/SVG/储能SMART OSFirstack智能时序管理分级关断智能缺点分类SMART OSD-CoreD-Core(提供免费的参考模组设计方案)大纲APF/SVG产品的可靠性NPC I型三电平运用的挑战Firstack智能处理方案Firstack实践运用案例总结总结APF/SVG产品中IGBT及其驱动器可靠性尤