根據(jù)2020年12月12日國(guó)家主席習(xí)近平在氣候雄心峰會(huì)上發(fā)表的重要講話，到2030年中國(guó)單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放將比2005年下降65％以上，非化石能源占一次能源消費(fèi)比重將達(dá)到25％左右，風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到12億千瓦以上，風(fēng)電行業(yè)將會(huì)迎來(lái)新一輪的發(fā)展熱潮。

隨著風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展，以及受到補(bǔ)貼退坡、平價(jià)上網(wǎng)的影響，風(fēng)電行業(yè)核心訴求變?yōu)樽非蠖入姵杀镜南陆?，這就要求風(fēng)電系統(tǒng)在具有更高效率的同時(shí)還要擁有更低的價(jià)格，意味著風(fēng)機(jī)系統(tǒng)需進(jìn)一步大型化和高壓化。同時(shí)，三北市場(chǎng)的回歸和海上風(fēng)電的蓬勃發(fā)展，也為大型風(fēng)電系統(tǒng)提供了足夠的場(chǎng)地條件。海上風(fēng)電由于高昂的維護(hù)成本，對(duì)可靠性提出了更高的要求。

相應(yīng)地，系統(tǒng)也對(duì)風(fēng)電變流器提出了更高的要求：

電氣方面：交流電壓由690V逐步向1140V提升，主力功率段也上升到2.5~3MW，更高功率的機(jī)型占比也在逐年增加，最高功率已經(jīng)達(dá)到12MW，這使得I型三電平將成為風(fēng)電變流器的主流拓?fù)?/p>

可靠性方面：由于高昂的維修費(fèi)用和停機(jī)損失，對(duì)失效率的要求也愈加嚴(yán)苛

供應(yīng)方面：由于本行業(yè)和同領(lǐng)域其他行業(yè)快速增長(zhǎng)擠占大量產(chǎn)能，且疫情造成產(chǎn)能大幅下降，供應(yīng)形勢(shì)十分嚴(yán)峻，對(duì)特殊物料的選擇就顯得格外重要

為響應(yīng)市場(chǎng)需求，解決客戶端的燃眉之急，青銅劍技術(shù)苦心鉆研，推出適用于風(fēng)電變流器的新型IGBT驅(qū)動(dòng)解決方案6AB0460T17。

該方案采用主板+門(mén)極板的組合方式，通過(guò)調(diào)整門(mén)極板可以適配62mm、EconoDualTM3、PrimePackTM3等多種封裝形式

采用自研的ASIC芯片搭建核心電路，減少外圍電路設(shè)計(jì)，可靠性高

以變壓器做為唯一的隔離器件，器件性能不會(huì)隨時(shí)間衰減，穩(wěn)定性好，采購(gòu)方便

無(wú)CPLD設(shè)計(jì)，提高了產(chǎn)品的可采購(gòu)性

六通道輸出，支持NPC1和ANPC I型三電平拓?fù)?/p>

單通道峰值驅(qū)動(dòng)電流60A，驅(qū)動(dòng)功率4W，最多可支持EconoDualTM3和62mm封裝4并聯(lián)或PrimePackTM3封裝2并聯(lián)

高絕緣設(shè)計(jì)，最高可滿足1700V IGBT的應(yīng)用場(chǎng)景

可支持DB15、DB25或30PIN牛角等多種輸入接口

集成模擬控制的智能關(guān)斷技術(shù)

集成VCE短路檢測(cè)、軟關(guān)斷功能

設(shè)計(jì)緊湊，主板尺寸僅為299.5mm*160mm

工作環(huán)境溫度-40~85℃

不同于傳統(tǒng)的I型三電平驅(qū)動(dòng)控制和隔離方案，6AB0460T17采用青銅劍技術(shù)最新研發(fā)的驅(qū)動(dòng)芯片組，在芯片內(nèi)部集成模擬控制延時(shí)電路，前端控制側(cè)無(wú)需再外置CPLD，并采用變壓器這種性能不會(huì)隨著時(shí)間衰減的器件作為唯一的隔離器件，極大地降低了產(chǎn)品的失效率，提高了產(chǎn)品的可靠性。

青銅劍自主研發(fā)的驅(qū)動(dòng)芯片組如下圖所示：

芯片組由一個(gè)原邊芯片和兩個(gè)副邊芯片組成。原邊芯片集成信號(hào)調(diào)制、解調(diào)、電源發(fā)波功能并和整機(jī)控制側(cè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。副邊芯片集成信號(hào)調(diào)制、解調(diào)、正負(fù)壓穩(wěn)壓功能以及IGBT驅(qū)動(dòng)所需的驅(qū)動(dòng)能力、VCE短路檢測(cè)、軟關(guān)斷等功能。芯片組高度集成化使得外圍電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，極大地減小了元器件的數(shù)量，提高了系統(tǒng)集成度，抗干擾性好，可靠性高。

方案通過(guò)變壓器實(shí)現(xiàn)隔離，由一個(gè)供電電源變壓器和兩個(gè)信號(hào)變壓器組成。供電電源變壓器采用一個(gè)原邊繞組+兩個(gè)副邊繞組，由原邊芯片發(fā)波，驅(qū)動(dòng)電源主MOS管進(jìn)行斬波，副邊采用外部整流，并通過(guò)芯片內(nèi)部穩(wěn)壓器輸出穩(wěn)定的正壓和可靠的負(fù)壓。信號(hào)變壓器由一個(gè)原邊繞組+一個(gè)副邊繞組實(shí)現(xiàn)，信號(hào)的傳輸采用半雙工的方式進(jìn)行，發(fā)送和接收通過(guò)同一個(gè)變壓器，采用脈沖方式傳輸，通過(guò)不同的脈沖來(lái)表示開(kāi)通、關(guān)斷和故障狀態(tài)。

這一隔離方案擺脫了絕大數(shù)隔離驅(qū)動(dòng)芯片封裝安規(guī)距離僅有7.8mm的限制，原材料易于獲取，在滿足風(fēng)電行業(yè)要求的同時(shí)解決了現(xiàn)在隔離驅(qū)動(dòng)芯片緊缺的困境。并且變壓器的磁通在產(chǎn)品生命周期內(nèi)非常穩(wěn)定，不會(huì)隨著時(shí)間而衰減，可以滿足風(fēng)電行業(yè)特別是海上風(fēng)電日益提高的可靠性要求。

另外，I型三電平在保護(hù)時(shí)存在一個(gè)重大的問(wèn)題：在內(nèi)外管同時(shí)導(dǎo)通時(shí)若先關(guān)閉了內(nèi)管，會(huì)導(dǎo)致內(nèi)管可能承受全母線電壓而過(guò)壓損壞，因此一般I型三電平驅(qū)動(dòng)中會(huì)增加智能關(guān)斷技術(shù)，即在發(fā)生故障時(shí)，外管先關(guān)閉，內(nèi)管延時(shí)一段時(shí)間再關(guān)閉。在傳統(tǒng)的IGBT驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)中，由于實(shí)現(xiàn)邏輯較為復(fù)雜，會(huì)通過(guò)集成CPLD之類的可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)該功能，但這無(wú)疑會(huì)增加系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本。

青銅劍技術(shù)為解決這一問(wèn)題，在副邊ASIC芯片中集成了相應(yīng)的模擬延遲電路，電路圖如下：

當(dāng)副邊芯片檢測(cè)到故障后，芯片產(chǎn)生故障信號(hào)，向原邊芯片發(fā)送故障信號(hào)。同時(shí)，該故障信號(hào)會(huì)將副邊芯片內(nèi)部恒流源打開(kāi)，使得后級(jí)比較器輸入級(jí)超過(guò)閾值使得比較器翻轉(zhuǎn)，關(guān)閉驅(qū)動(dòng)輸出。這一比較器的輸入端引出到芯片外部，即FAULT腳。在此引腳增加一個(gè)電容后，當(dāng)故障信號(hào)產(chǎn)生，比較器輸入級(jí)不會(huì)馬上達(dá)到閾值，而需要依靠恒流源對(duì)電容進(jìn)行一段時(shí)間的充電后達(dá)到閾值電壓再對(duì)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行關(guān)斷，但副邊芯片對(duì)原邊芯片發(fā)送的故障信號(hào)會(huì)立即發(fā)送。

通過(guò)該電路，驅(qū)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)輸出在原邊出現(xiàn)故障信號(hào)延時(shí)一段時(shí)間后再關(guān)閉，延時(shí)時(shí)間可通過(guò)電容進(jìn)行靈活配置。內(nèi)管在這一段延時(shí)時(shí)間內(nèi)仍然會(huì)發(fā)送故障信號(hào)，控制外管優(yōu)先關(guān)閉，在外管關(guān)閉后再允許內(nèi)管關(guān)閉。這一方案取消了CPLD這一類可編程邏輯器件，提高了驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品的可采購(gòu)性，并降低了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。