国产大功率IGBT驱动技术研究报告

摘要：本文介绍了国产大功率IGBT驱动技术的发展，并介绍了部分具有代表性的国产大功率IGBT驱动产品的技术指标和运用。

关键词：国产，IGBT，驱动技术 

Abstract：This article describes the development of the domestic high-power IGBT drive technology and introduces the technical index and application for some typical china made high power IGBT drive products.

Keywords: made in china , IGBT, drive technology

1  概述：大功率IGBT和大功率IGBT驱动模块已成为大功率变频器、开关电源以及电力变换等设备的关键部件，长期以来一直被国外少数企业所垄断。全球主要的大功率IGBT模块供应商有德国的英飞凌，西门康，瑞士的ABB以及日本的三菱公司。而全球的大功率IGBT驱动模块供应商仅有瑞士的CONCEPT，德国的西门康等少数企业。随着国内电力电子技术的长足进步，目前国内已有少数企业可以从事大功率IGBT的研发和生产，如南车集团和北车集团。

在大功率IGBT驱动模块方面，抄袭进口同类产品的除外，国内也有少数企业推出了自己的产品如云南拓普特种电源科技有限公司、深圳青铜剑等。其中，云南拓普特种电源科技有限公司的产品最为齐全，产品覆盖了高、中、低压领域，是国内唯一 一家全产品链驱动提供企业，其产品已成功运用于工业变频器、大功率感应加热设备、电动汽车、高速铁路以及武器装备等领域。云南拓普特种电源科技有限公司推出的汽车级大功率IGBT驱动模块，不但打破了国外的技术技术垄断，还出口德国、瑞典、斯洛伐克、斯洛文尼亚和印度等国家。

2  国内大功率IGBT驱动模块技术状况

现代大功率电子设备的品质和可靠性不仅仅由大功率IGBT模块所决定,它还与系统的不同功能单元有关,一个优秀的大功率IGBT驱动模块在功率变换系统中是不可或缺的,它是IGBT模块和控制器之间非常重要的接口电路,因此,选择适当的驱动电路就和逆变器整体的可靠性紧密相关。大功率IGBT驱动模块的主要性能包括：1）驱动能力,为IGBT开关提供足够大的驱动电流,保证IGBT能可靠的开通和关断;2）保护功能,当IGBT发生短路或者过流时,驱动器能在最短的时间关断IGBT,保护功率器件3）隔离功能,由于IGBT通常是工作在高电压、大电流的工作环境,驱动器作为控制电路与功率电路之间的连接桥梁,必须要具有较高的电气隔离功能,保证控制电路不会受功率电路的干扰和影响。

大功率IGBT驱动模块是指驱动功率大，且自带隔离DC/DC电源，具有完善的保护电路的模块化驱动产品。目前国内拥有自主知识产权的大功率IGBT驱动模块研发企业仅有云南拓普特种电源科技有限公司和深圳青铜剑等，所采用的隔离方式均为变压器隔离，均具备IGBT过流保护、驱动欠压保护等功能，产品主要以单通道和双通道为主。云南拓普特种电源科技有限公司的高端大功率IGBT驱动模块采用了先进的无磁芯变压器隔离技术，具有传播延迟时间短的优势和极强的抗干扰性能，即使处于温度和电磁干扰条件十分恶劣的环境中，依然能稳定的工作。无磁芯变压器技术使用半导体制造工艺来集成一个由金属螺旋线和氧化硅绝缘材料组成的无磁芯变压器，其主要思想就是在IC内集成变压器的两个绕组，如图1a和图1b所示。发送电路将输入脉冲调制为一定规则的短脉冲信号，通过无磁芯变压器传送至接收电路，接收电路按一定的规则再将收到的短脉冲还原为输入信号。采用无磁芯变压器设计的高性能大功率IGBT驱动模块其驱动频率高达300kHz以上，远远超越了进口的同类产品，可广泛运用于电动汽车、航空航天和武器装备等领域。

  图1a 无磁芯变压器结构示意图         图1b 无磁芯变压器信号传输原理示意图

在高压大功率IGBT驱动模块产品方面，目前国内仅有云南拓普特种电源科技有限公司能够提供集高压隔离的大功率DC/DC变换器和IGBT门极驱动电路以及过流保护电路于一体的高压大功率IGBT驱动模块，其代表产品有PHD620、PHD1032等。高压大功率IGBT驱动模块采用的是光纤隔离技术。和传统的双绞线相比，光纤传输具有更好的抗干扰性能和更高的绝缘特性。光纤传输原理如图2所示。

 图2 光纤隔离传输技术示意图

3  主要代表产品介绍

云南拓普特种电源科技有限公司（http://www.yntoptech.com/）推出的大功率IGBT驱动模块产品覆盖了高、中、低压领域，其高端驱动产品采用了无磁芯变压器隔离技术，还可以提供高性能的汽车级驱动产品。云南拓普特种电源科技有限公司的驱动产品大致可分为三类，分别是：大功率IGBT驱动模块系列产品，大功率IGBT通用驱动板系列产品，高压大功率IGBT驱动板。

3.1大功率IGBT驱动模块系列产品（http://www.yntoptech.com/）：

云南拓普特种电源科技有限公司的大功率IGBT驱动模块主要包括四款驱动模块，型号分别是：TP515、TP836-17、TP836-33、TP836-65。具体性能见下表1。

产品内部集成具有隔离的大功率DC/DC变换器以及完善的驱动保护电路，产品已获得国家专利授权功率范围5W至8W，驱动频率最高可达500kHz，适用于驱动1700V 至6500V电压等级的各种大功率IGBT模块。产品支持IGBT串、并联工作模式，具有绝缘电压高、设计精巧、功能齐全，可靠性高、使用方便等特点。

图3a TP515型大功率IGBT驱动模块图片

表1 大功率IGBT驱动模块特性：

3.2 通用型大功率IGBT驱动板（http://www.yntoptech.com/）：

云南拓普特种电源科技有限公司的通用型大功率IGBT驱动板主要包括两款，型号分别是：2DB318、2TP0220-X。该类产品主要运用于要求较高的电动汽车、高速铁路以及武器装备等领域。具体性能见表2。

该系列产品具有驱动能力强，保护功能完善等优点。适用于600V/1200V/1700V的各种大功率IGBT模块。驱动板上集成了IGBT驱动所需的全部器件，包括死区电路、短路保护电路、功能齐全、使用灵活。

    2TP0220-X驱动板专为EconoDUAL™3封装的大功率IGBT模块设计。内部集成了隔离的DC/DC变换器,是一款即插即用的双通道大功率IGBT驱动板。驱动能力为2W/±20A/30kHz。

图3c 2DB318型通用大功率IGBT驱动板图片

图3d TP0220-X型通用大功率IGBT驱动板图片

表2通用型大功率IGBT驱动板特性：

3.3 高压大功率IGBT驱动板（http://www.yntoptech.com/）：

云南拓普特种电源科技有限公司的大功率IGBT驱动板主要包括：TPH836-33DB4、TPH836-17L、TPH836-33L、TPH836-65L、TPH836-65S。具体性能见表3。是专门为高压大功率IGBT设计的即插即用型驱动板。可适用于1700V/3300V/6500V的各种大功率IGBT模块。驱动板上集成了IGBT驱动所需的全部器件，包括两路隔离的DC/DC变换器、短路保护电路等，产品采用光纤控制，隔离电压高，支持IGBT串并联应用。高压大功率IGBT驱动产品驱动控制逻辑与CONCEPT公司的同类产品完全一致，可直接替换。

表3 高压大功率IGBT驱动板特性：

4  展望

国产大功率IGBT驱动模块虽然起步较晚，但发展迅速，不但打破了国外少数企业对该类产品的垄断局面，且部分产品的技术指标超出了进口同类产品，实现了由依赖进口到出口欧美发达国家的转变。高端的大功率IGBT驱动模块产品广泛运用于高端工业变频器、电动汽车、高铁以及武器装备等，为我国相关行业的发展产生了积极的促进作用。伴随着国内大功率IGBT模块的研发成功和批量生产，相信中国将很快成为大功率IGBT和配套产品的的生产大国。