1、數(shù)字IGBT驅(qū)動(dòng)技術(shù)在高可靠性APF/SVG產(chǎn)品中的運(yùn)用杭州飛仕得科技大綱APF/SVG產(chǎn)品的可靠性NPC I型三電平運(yùn)用的挑戰(zhàn)Firstack智能處理方案Firstack實(shí)踐運(yùn)用案例總結(jié)APF/SVG產(chǎn)品的可靠性APF/SVG產(chǎn)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+驅(qū)動(dòng)器50%APF/SVG產(chǎn)品的可靠性100A/兩電平：8006002200mm100A/三電平：447620 267mm 體積減小近80%更高效率，更高功率密度，更低系統(tǒng)本錢大綱APF/SVG產(chǎn)品的可靠性NPC I型三電平系統(tǒng)挑戰(zhàn)Firstack智能處理方案Firstack實(shí)踐運(yùn)用案例總結(jié)NPC I型三電平系統(tǒng)挑戰(zhàn)內(nèi)外管的時(shí)序問題 內(nèi)管關(guān)斷尖峰過高模組缺點(diǎn)難以定位內(nèi)外管的時(shí)序問題S1S2S3S4H進(jìn)制輸出1100C+101004+101106000102000113-100102001106001004+11100C+1NPC I

3、型三電平有5種模態(tài)，其中包括穩(wěn)態(tài)C，6，3和過渡態(tài)4，2C，6，3穩(wěn)態(tài)遵照S1和S3互補(bǔ)，S2和S4互補(bǔ)原那么內(nèi)外管的時(shí)序問題S1S2S3S4H進(jìn)制輸出1100C+101004+101106000102000113-100102001106001004+11100C+1正常3模態(tài)下，電流流過S3，S4，AC點(diǎn)的電位為-1此時(shí)停機(jī)或者出現(xiàn)過流，欠壓，短路等異常工況。先關(guān)S3還是先關(guān)S4？內(nèi)外管的時(shí)序問題先關(guān)S3，S3接受整個(gè)母線電壓，S3過壓損壞！VCE_S3=VDCVCE_S3=1/2VDC內(nèi)外管的時(shí)序問題-傳統(tǒng)處理方案 I方案 I：內(nèi)管無短路維護(hù)+上位機(jī)協(xié)調(diào)廣泛運(yùn)用于1200V以下中小功率場

4、所本錢低維護(hù)不全面，可靠性依賴于系統(tǒng)設(shè)計(jì)及消費(fèi)工藝對(duì)于部分驅(qū)動(dòng)IC，無法屏蔽UV缺點(diǎn)，存在時(shí)序風(fēng)險(xiǎn)內(nèi)外管的時(shí)序問題-傳統(tǒng)處理方案 II方案 II：高級(jí)有源鉗位+上位機(jī)協(xié)調(diào)依托有源鉗位防止內(nèi)管過壓維護(hù)齊全維護(hù)戰(zhàn)略簡單，等同于兩電平省去缺點(diǎn)通訊/濾波時(shí)間12us！ 處理了過壓，但時(shí)序問題依然存在內(nèi)管先關(guān)風(fēng)險(xiǎn)分析VCE_S3_max=4.20kVIS3_max=4.8*InomVDC=5800V, S3先于S4關(guān)斷4us鉗位效果良好，但S3的損耗與短路工況相當(dāng)CH1：VCE_S3CH2：VCE_S4CH3：IC_S3CH4：IC_S4IGBT型號(hào)：FZ1200R45KL3本錢高：TVS數(shù)量多1632

5、/相有源鉗位閾值設(shè)置需謹(jǐn)慎：母線電壓動(dòng)搖中點(diǎn)不平衡510%TVS精度510%&溫漂510%S3進(jìn)入線性區(qū)，等同于短路，對(duì)模塊呵斥沖擊內(nèi)外管的時(shí)序問題-傳統(tǒng)處理方案 III總結(jié)方案類型內(nèi)管無保護(hù)有源鉗位成本低高保護(hù)齊全差好可靠性一般較好保護(hù)策略簡單簡單控制系統(tǒng)配合DSP+CPLD+驅(qū)動(dòng)DSP+CPLD+驅(qū)動(dòng)應(yīng)用領(lǐng)域低壓小功率高壓領(lǐng)域控制系統(tǒng)失效，銜接器零落？總結(jié)方案類型內(nèi)管無保護(hù)有源鉗位成本低高保護(hù)齊全差好可靠性一般較好保護(hù)策略簡單簡單控制系統(tǒng)配合DSP+CPLD+驅(qū)動(dòng)DSP+CPLD+驅(qū)動(dòng)應(yīng)用領(lǐng)域低壓小功率高壓領(lǐng)域內(nèi)管關(guān)斷尖峰過高大換流回路：6-4模態(tài)切換，換流回路穿過C1，D1，S2，S3，

6、D6器件大雜散電感：不同模塊及母排組成的拓?fù)洌s散電感值在80100nH左右內(nèi)管關(guān)斷尖峰過高-傳統(tǒng)處理方案 I方案 I：加吸收電容部分運(yùn)用場所雜散電感過大，尖峰抑制不住發(fā)熱嚴(yán)重，部分場所構(gòu)造限制，無法加吸收電容內(nèi)管關(guān)斷尖峰過高-傳統(tǒng)處理方案 II方案 II：有源鉗位過高的尖峰導(dǎo)致有源鉗位頻繁動(dòng)作，TVS有過熱損壞風(fēng)險(xiǎn)結(jié)論方案類型吸收電容有源鉗位關(guān)斷尖峰抑制效果一般較好結(jié)構(gòu)適應(yīng)性差好關(guān)鍵器件發(fā)熱嚴(yán)重一般關(guān)鍵器件壽命一般一般模組缺點(diǎn)難以定位12個(gè)IGBT，2類以上缺點(diǎn)，1或3個(gè)缺點(diǎn)前往口總結(jié)更高可靠性時(shí)序管理：能否存在獨(dú)立于上位機(jī)，更快，各種異常工況均維護(hù)？尖峰抑制：能否存在更好的電壓尖峰抑制技術(shù)

7、？缺點(diǎn)定位：更準(zhǔn)確，更智能，為系統(tǒng)調(diào)試與維護(hù)提供數(shù)據(jù)支撐？大綱APF/SVG產(chǎn)品的可靠性NPC I型三電平運(yùn)用的挑戰(zhàn)Firstack智能處理方案Firstack實(shí)踐運(yùn)用案例總結(jié)Firstack智能處理方案內(nèi)外管的時(shí)序問題智能時(shí)序管理 OS內(nèi)管關(guān)斷尖峰過高分級(jí)關(guān)斷技術(shù)模組缺點(diǎn)難以定位智能缺點(diǎn)通訊Firstack智能處理方案內(nèi)外管的時(shí)序問題智能時(shí)序管理 OS內(nèi)管關(guān)斷尖峰過高分級(jí)關(guān)斷技術(shù)模組缺點(diǎn)難以定位智能缺點(diǎn)通訊NPC I型拓?fù)錁?gòu)成英飛凌：EasyPACKVincotech：flow NPC 1內(nèi)外管的時(shí)序問題處理方案不依賴上位機(jī)正常工況：關(guān)斷時(shí)序監(jiān)測(cè)，錯(cuò)誤時(shí)序會(huì)告警異常工況：欠壓、短路、PWM指

8、令異常、接插件零落等按時(shí)序關(guān)斷方案 ：智能時(shí)序管理 OS欠壓形狀下時(shí)序關(guān)斷S4VCCS3驅(qū)動(dòng)電源欠壓形狀下，先關(guān)斷外管S4，再關(guān)斷內(nèi)管S3CH1：VGE-S3CH2：VccCH4：VGE-S4短路形狀下時(shí)序關(guān)斷S3S4VDC=900V 、IC=150A、 F3L150R07W2E3_B11、NPC兩并聯(lián)、S3管CH1：VGE-S4CH2：VCE-S4CH3：ICCH4：VGE-S3S3管短路形狀下，先關(guān)斷外管S4，再關(guān)斷內(nèi)管S3Firstack智能處理方案內(nèi)外管的時(shí)序問題智能時(shí)序管理 OS內(nèi)管關(guān)斷尖峰過高分級(jí)關(guān)斷技術(shù)模組缺點(diǎn)難以定位智能缺點(diǎn)通訊分級(jí)關(guān)斷在不同的關(guān)斷過程中采用不同電阻優(yōu)化關(guān)斷特性

9、，有效降低電壓尖峰CH1:VGECH2:VCECH3:IC1CH4:IC2VCE-MAXV正常關(guān)斷620V168V分級(jí)關(guān)斷556V108VV35%VDC=900V 、IC=150A、 F3L150R07W2E3_B11, NPC兩并聯(lián)F3L150R07W2E3_B11兩并聯(lián)可實(shí)現(xiàn)150A的APF分級(jí)關(guān)斷Firstack智能處理方案內(nèi)外管的時(shí)序問題智能時(shí)序管理 OS內(nèi)管關(guān)斷尖峰過高分級(jí)關(guān)斷技術(shù)模組缺點(diǎn)難以定位智能缺點(diǎn)通訊展開UV時(shí)，缺點(diǎn)前往堅(jiān)持時(shí)間：25msSC時(shí)，缺點(diǎn)前往堅(jiān)持時(shí)間：10ms缺點(diǎn)分類：區(qū)分SC短路缺點(diǎn)和UV電源欠壓缺點(diǎn)協(xié)助客戶快速定位整機(jī)缺點(diǎn)，降低研發(fā)及維護(hù)本錢智能缺點(diǎn)通訊大綱A

10、PF/SVG產(chǎn)品的可靠性NPC I型三電平運(yùn)用的挑戰(zhàn)Firstack智能處理方案Firstack實(shí)踐運(yùn)用案例總結(jié)380VAC/100kVA變流器運(yùn)用380VAC /100kVA三電平變流器F3L150R07W2E3_B11兩并聯(lián)最大開關(guān)頻率20kHz功率模組體積：430*250*183mm3運(yùn)用：光伏/UPS/APF/SVG/儲(chǔ)能SMART OSFirstack智能時(shí)序管理分級(jí)關(guān)斷智能缺點(diǎn)分類SMART OSD-CoreD-Core(提供免費(fèi)的參考模組設(shè)計(jì)方案)大綱APF/SVG產(chǎn)品的可靠性NPC I型三電平運(yùn)用的挑戰(zhàn)Firstack智能處理方案Firstack實(shí)踐運(yùn)用案例總結(jié)總結(jié)APF/SVG產(chǎn)品中IGBT及其驅(qū)動(dòng)器可靠性尤