英半導(dǎo)體Amantys推出4500VIGBT驅(qū)動(dòng)器用于高鐵風(fēng)電等應(yīng)用.doc

1、英半導(dǎo)體Amantys推出4500V IGBT驅(qū)動(dòng)器 用于高鐵風(fēng)電等應(yīng)用作者 :張迎輝關(guān)鍵字： 絕緣柵雙極晶體管IGBT驅(qū)動(dòng)器Power Insight總部位于英國(guó)劍橋的半導(dǎo)體 公司 Amantys 日前在深圳發(fā)布了一款針對(duì)高功率模塊的全新絕緣柵雙極晶體管（ IGBT ）柵極驅(qū)動(dòng)器 ，工作電壓為4500V ，額定電流從400A 至 1200A ，它專為支持包括ABB 、Dynex 、Hitachi 、英飛凌和三菱等制造商的模塊產(chǎn)品而設(shè)計(jì)。4500V的 IGBT 驅(qū)動(dòng)器，目前最主要的應(yīng)用領(lǐng)域是高鐵、 地鐵、海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)和電動(dòng)汽車等應(yīng)用。此項(xiàng)產(chǎn)品的推廣， 將有望大大降低高鐵、 電動(dòng)汽車和海上風(fēng)力

2、發(fā)電機(jī)等重要領(lǐng)域設(shè)備的維護(hù)成本，并提升設(shè)備的安全可靠性。Amantys公司背景在深圳媒體見面會(huì)上，Amantys 公司副總裁Steve Evans介紹了 Amantys的公司背景。Amantys公司副總裁Steve Evans在向媒體介紹公司的技術(shù)與背景Amantys 公司于 2010 年在英國(guó)劍橋成立， 技術(shù)來源與劍橋大學(xué)的電力實(shí)驗(yàn)室有著密切的關(guān)系。成立時(shí)的第一輪 VC （風(fēng)險(xiǎn)投資）來自于 ARM 。Amantys 是一家典型的初創(chuàng)企業(yè)， 專注于利用數(shù)字技術(shù)驅(qū)動(dòng)控制IGBT 模組。公司成立以來共獲得了三輪投資，后兩輪分別來自Avago 和 Moonray Investors。Steve 說，

3、到目前為止，公司員工只有25 名，技術(shù)人員中有來自ARM 公司的，做嵌入式軟件，也有功率電子、數(shù)字設(shè)計(jì)、高性能模擬設(shè)計(jì)、模擬ASIC 架構(gòu)以及測(cè)試工程的技術(shù)專家。在 2012 年 Amantys發(fā)布了第一個(gè)系列的產(chǎn)品Power Drives ，通過 ARM 內(nèi)核的 MCU 的驅(qū)動(dòng)模組來監(jiān)測(cè)與驅(qū)動(dòng)3300V 、 1700V和 1200V的 IGBT 。在 2013 年 Amantys開發(fā)出獨(dú)有技術(shù)Power Insight，目前被應(yīng)用到了一輛測(cè)試列車上。2013 年 6 月公司在中國(guó)設(shè)立Office ，并組建了在中國(guó)當(dāng)?shù)氐姆咒N商渠道。Steve Evans介紹，他們的分銷商都有著在中國(guó)風(fēng)力發(fā)電、

4、高欠缺、電動(dòng)車等市場(chǎng)推廣IGBT IGBT領(lǐng)域較為豐富的市場(chǎng)與推廣經(jīng)驗(yàn)，包括在的分銷商北京賽力康創(chuàng)電氣、香港邪念創(chuàng)臺(tái)信電子、威柏電子等公司。這三家分銷商分別位于北京、上海和深圳，同時(shí)也是英飛凌、日立和 FUJI 等 IGBT 的授權(quán)分銷商。Steve Evans表示他們也很在繼續(xù)與活動(dòng)在中國(guó)的IGBT 或高壓電力電子領(lǐng)域的分銷商洽談建立合作關(guān)系。4500V IGBT驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品發(fā)布新發(fā)布的產(chǎn)品：4500V IGBT 驅(qū)動(dòng)器Amantys在進(jìn)入中國(guó)之前，已經(jīng)做了大量的前期市場(chǎng)調(diào)研工作。Steve Evans顯然非常了解中國(guó)的高壓IGBT速鐵路，并且計(jì)劃要在35 個(gè)城市中修建超過的市場(chǎng)。他介紹說：“

5、中國(guó)在打算建設(shè)91 條高6000 公里的地鐵。在風(fēng)力和太陽能等可再生能源領(lǐng)域，中國(guó)也是位居世界前列。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示 2013 大太陽能光伏生產(chǎn)國(guó)。下一個(gè)十年中，中國(guó)電力還要建設(shè)年中國(guó)將超過德國(guó)，成為世界第一24 條高壓直流輸電線網(wǎng)，總投資將達(dá)到 3000 億元。而在中高壓市場(chǎng)的工業(yè)變電領(lǐng)域的需求也非常強(qiáng)勁。這就是我們一定要來中國(guó)建立 Office 開展業(yè)務(wù)的原因。 ”Amantys的 4500V 驅(qū)動(dòng)器模組，板上正反面分別有一個(gè)CPLD 和基于 ARM Cortex-M0的 MCU 。Amantys的 4500V驅(qū)動(dòng)器模組的放大圖，左下為光纖接口Amantys目前的產(chǎn)品有針對(duì)1200V和1700

6、V的PrimPACK門驅(qū)動(dòng)，1200V、 1700V和3300V的高電壓模組門驅(qū)動(dòng)。此次最新發(fā)布的是4500V電壓的IGBT門驅(qū)動(dòng)。目前在機(jī)車領(lǐng)域的IGBT模組供應(yīng)商，主要有ABB 、Dynex （南車）、Hitachi、英飛凌和三菱等。當(dāng)然， 國(guó)內(nèi)的北車也宣布生產(chǎn)的 6500V/600A 、3300V/1200A 等 IGBT 模組通過了專家認(rèn)定。但具體量產(chǎn)與市場(chǎng)應(yīng)用情況尚不清楚。在高速鐵路和電鐵機(jī)車上，過去3300V 和 6500V 的 IGBT 是主流的規(guī)格， 4500V 是今年新增加的電壓等級(jí)。此外，4500V的 IGBT 還用到了海上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。據(jù)悉，海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)通常的功率在6兆

7、瓦 10兆瓦的級(jí)別， 而目前在我國(guó)北方廣泛應(yīng)用的陸地上的風(fēng)力發(fā)電力的發(fā)電級(jí)一般是1.5 兆和 2兆瓦級(jí)。Steve 稱，在這個(gè)4500V的驅(qū)動(dòng)模組中，最關(guān)鍵的技術(shù)是Amantys 的嵌入式功率電子監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)讀取技術(shù)Amantys Power Insight TM 及包括所有軟件和硬件在內(nèi)的開發(fā)工具包。Amantys Power Insight技術(shù)原理當(dāng)然，打開來說，Power Insight技術(shù)原理并不神奇，但確實(shí)是一種創(chuàng)新的設(shè)計(jì)理念：將高壓 IGBT 的驅(qū)動(dòng)從模擬變成了數(shù)字，同時(shí)還增加了智能化的監(jiān)測(cè)。Steve Evans介紹，在大功率IGBT 模塊的應(yīng)用，如高速鐵路機(jī)車變流器、動(dòng)力變流器、

8、城市軌道交通變流器、直流輸電逆變器、礦用變頻器、風(fēng)力發(fā)電變頻器應(yīng)用中，IGBT 的質(zhì)量可靠性、 安全性和壽命是非常關(guān)鍵的因素。對(duì) IGBT 的正常使用造成影響的外部因素主要是門驅(qū)動(dòng)的電壓、電流以及IGBT 的溫度等。因此如果能夠?qū)@些因素進(jìn)行監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)存取和讀取， 對(duì)于 IGBT 的壽命、安全性和可靠性，以及相關(guān)的維護(hù)有著很重要的作用。Power Insight 就是在 IGBT 的模組外，增設(shè)一套Power Drive套件，通過這個(gè)基于ARM Cortex-M0 MCU 的模組套件，來實(shí)時(shí)（遠(yuǎn)程）監(jiān)測(cè)IGBT 工作時(shí)的一些數(shù)據(jù)，例如電壓、電流、溫度、斷路等情況， 同時(shí)還將這些數(shù)據(jù)存取到電腦中

9、，以便隨時(shí)可以讀取與研究。其次， 用戶可以通過這個(gè)套件中的軟件，在 PC 上設(shè)置好參數(shù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)報(bào)警和其他工作指令。運(yùn)營(yíng)和維護(hù)團(tuán)隊(duì)可以及時(shí)地看到系統(tǒng)記錄下的IGBT 出現(xiàn)的各種狀況， 以便隨時(shí)進(jìn)行相關(guān)的維護(hù)。而在此之前， 工程師都是通過阻容的并串聯(lián)來實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT 的保護(hù)，屬于純模擬電路的做法。Amantys Power Insight的相關(guān)案例不可否認(rèn)， Amantys Power Insight這是一個(gè)新的技術(shù)。在工業(yè)級(jí)應(yīng)用上，新的技術(shù)和理念要在業(yè)界大力推廣，還需要更多的實(shí)際驗(yàn)證。Steve Evans也對(duì)此表示認(rèn)同。Steve Evans 表示， Amantys 確實(shí)面臨著類似的挑戰(zhàn)，目

10、前業(yè)內(nèi)內(nèi)樣做法的只有兩家，但 Amantys 是其中處于更領(lǐng)先的位置。他認(rèn)為，這種做法確實(shí)是非常好的方式，并在一條試驗(yàn)鐵路上得到了驗(yàn)證。同時(shí)，公司的客戶與合作伙伴，都非常認(rèn)可這個(gè)技術(shù)。他個(gè)人表示很有信心。目前，Amantys 的系統(tǒng)在一家葡萄牙服務(wù)了 20 年的地鐵公司 EMEF 進(jìn)行測(cè)試。 這家公司采用的是很老的 GTO 晶閘管功率系統(tǒng)，故障率不斷上升。鐵路的維護(hù)成本高企。在引入 Amantys Power Insight 4500V 率和維護(hù)的成本，同時(shí)還開發(fā)出了新的門驅(qū)動(dòng)技術(shù)后，電源系統(tǒng)，采用EMEF IGBT通過監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，降低了故障模組替換了原來的GTO 晶閘管。Steve Evans

11、說， EMEF 的技術(shù)員工可以在PCIM Europe的 Amantys展臺(tái)上對(duì)一條在Lisbon的測(cè)試鐵路進(jìn)行即時(shí)的監(jiān)測(cè)，從2500公里之外， 通過光纖連接，來診斷和修復(fù)發(fā)現(xiàn)的問題。Amantys的演示工具，可以模擬設(shè)置IGBT 門驅(qū)動(dòng)的溫度、電壓、電流等參數(shù)的變化，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)與控制的目的。Steve Evans還通過 DEMO 工具，在現(xiàn)場(chǎng)演示了產(chǎn)品的仿真效果。在演示輸入條件參數(shù)的變化時(shí)， Amantys 的 Power Insight工具能夠在顯示器上即時(shí)顯示各種結(jié)果的變化和事件發(fā)生的時(shí)間。上圖右為 Amantys 公司副總裁 Steve Evans，左為 Amantys中國(guó)業(yè)務(wù)擴(kuò)展經(jīng)理安磊（Alexander Marton)補(bǔ)充知識(shí)：大功率 IGBT 模塊電壓具有1200V 、1700V 、2500V 、3300V、6500V 五種封裝規(guī)格。其中3300V 和 6500V 產(chǎn)品主要用于航空航天、高速鐵路機(jī)車變流器、動(dòng)力變流器、城市軌道交通變流器、直流輸電逆變器、礦用變頻器、風(fēng)力發(fā)電變頻器。全球 IGBT 市場(chǎng)中最主要的供應(yīng)廠商由國(guó)外少數(shù)大公司控制，它們代表國(guó)際 IGBT 技術(shù)最高水平。包括日本三菱、 東芝，德國(guó)英飛凌、 瑞士 ABB 等公司， 其中 3300V-6500V等級(jí) IGBT主要由英飛凌、 ABB 、三菱與東芝等少