英半导体Amantys推出4500V IGBT驱动器 用于高铁风电等应用

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总部位于英国剑桥的半导体公司Amantys日前在深圳发布了一款针对高功率模块的全新绝缘栅双极晶体管（IGBT）栅极驱动器，电压等级为4500V，额定电流从400A至1200A，它专为支持包括ABB、Dynex、Hitachi、英飞凌和三菱等制造商的模块产品而设计。4500V的IGBT驱动器，目前最主要的应用领域是高铁、地铁、海上风力发电机和电动汽车等应用。此项产品的推广，将有望大大降低高铁、电动汽车和海上风力发电机等重要领域设备的维护成本，并提升设备的安全可靠性。

Amantys公司背景

在深圳媒体见面会上，Amantys公司副总裁Steve Evans介绍了Amantys的公司背景。

Amantys公司副总裁Steve Evans在向媒体介绍公司的技术与背景

Amantys公司于2010年在英国剑桥成立，技术来源与剑桥大学的电力实验室有着密切的关系。成立时的第一轮VC（风险投资）来自于ARM。

Amantys是一家典型的初创企业，专注于利用数字技术驱动控制IGBT模组。公司成立以来共获得了三轮投资，后两轮分别来自Avago和Moonray Investors。

Steve说，到目前为止，公司员工只有25名，技术人员中有来自ARM公司的，做嵌入式软件，也有功率电子、数字设计、高性能模拟设计、模拟ASIC架构以及测试工程的技术专家。

在2012年Amantys发布了第一个系列的产品Power Drives，通过ARM内核的MCU的驱动模组来监测与驱动3300V、1700V和1200V的IGBT。

在2013年Amantys开发出独有技术Power Insight，目前被应用到了一辆测试列车上。

2013年6月公司在中国设立Office，并组建了在中国当地的分销商渠道。

Steve Evans介绍，他们的分销商都有着在IGBT领域较为丰富的市场与推广经验，包括在中国风力发电、高欠缺、电动车等市场推广IGBT的分销商北京赛力康创电气、香港雅创台信电子、威柏电子等公司。这三家分销商分别位于北京、上海和深圳，同时也是英飞凌、日立和FUJI等IGBT的授权分销商。

Steve Evans表示他们也很在继续与活动在中国的IGBT或高压电力电子领域的分销商洽谈建立合作关系。

第二页：4500V IGBT 驱动器产品发布

第三页：Amantys Power Insight技术原理

第四页：Amantys Power Insight的相关案例

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新发布的产品：4500V IGBT驱动器

Amantys在进入中国之前，已经做了大量的前期市场调研工作。

Steve Evans显然非常了解中国的高压IGBT的市场。他介绍说：“中国在打算建设91条高速铁路，并且计划要在35个城市中修建超过6000公里的地铁。在风力和太阳能等可再生能源领域，中国也是位居世界前列。统计数据显示2013年中国将超过德国，成为世界第一大太阳能光伏生产国。下一个十年中，中国电力还要建设24条高压直流输电线网，总投资将达到3000亿元。而在中高压市场的工业变电领域的需求也非常强劲。这就是我们一定要来中国建立Office开展业务的原因。”

Amantys的4500V驱动器模组，板上正反面分别有一个CPLD和基于ARM Cortex-M0的MCU。

Amantys的4500V 驱动器模组的放大图，左下为光纤接口

Amantys目前的产品有针对1200V和1700V的 PrimPACK 栅极驱动，1200V、1700V和3300V的高电压模组栅极驱动。此次最新发布的是4500V电压的IGBT栅极驱动。

目前在机车领域的IGBT模组供应商，主要有ABB、Dynex（南车）、Hitachi、英飞凌和三菱等。当然，国内的北车也宣布生产的6500V/600A、3300V/1200A等IGBT模组通过了专家认定。但具体量产与市场应用情况尚不清楚。

在高速铁路和电铁机车上，过去3300V和6500V的IGBT是主流的规格，4500V是今年新增加的电压等级。此外，4500V的IGBT还用到了海上的风力发电机。据悉，海上风力发电机通常的功率在6兆瓦10兆瓦的级别，而目前在我国北方广泛应用的陆地上的风力发电力的发电级一般是1.5兆和2兆瓦级。

Steve称，在这个4500V的驱动模组中，最关键的技术是Amantys的嵌入式功率电子监测和数据读取技术Amantys Power Insight^TM及包括所有软件和硬件在内的开发工具包。

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第三页：Amantys Power Insight技术原理

第四页：Amantys Power Insight的相关案例

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Amantys Power Insight技术原理

当然，打开来说，Power Insight技术原理并不神奇，但确实是一种创新的设计理念：将高压IGBT的驱动从模拟变成了数字，同时还增加了智能化的监测。

Steve Evans介绍，在大功率IGBT模块的应用，如高速铁路机车变流器、动力变流器、城市轨道交通变流器、直流输电逆变器、矿用变频器、风力发电变频器应用中，IGBT的质量可靠性、安全性和寿命是非常关键的因素。对IGBT的正常使用造成影响的外部因素主要是栅极驱动的电压、电流以及IGBT的温度等。

因此如果能够对这些因素进行监测、数据存取和读取，对于IGBT的寿命、安全性和可靠性，以及相关的维护有着很重要的作用。

Power Insight就是在IGBT的模组外，增设一套Power Drive套件，通过这个基于ARM Cortex-M0 MCU的模组套件，来实时（远程）监测IGBT工作时的一些数据，例如电压、电流、温度、断路等情况，同时还将这些数据存取到电脑中，以便随时可以读取与研究。

其次，用户可以通过这个套件中的软件，在PC上设置好参数，进行数据报警和其他工作指令。运营和维护团队可以及时地看到系统记录下的IGBT出现的各种状况，以便随时进行相关的维护。

而在此之前，工程师都是通过阻容的并串联来实现对IGBT的保护，属于纯模拟电路的做法。

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Amantys Power Insight的相关案例

不可否认，Amantys Power Insight这是一个新的技术。在工业级应用上，新的技术和理念要在业界大力推广，还需要更多的实际验证。Steve Evans也对此表示认同。

Steve Evans表示，Amantys确实面临着类似的挑战，目前业内内样做法的只有两家，但Amantys是其中处于更领先的位置。他认为，这种做法确实是非常好的方式，并在一条试验铁路上得到了验证。同时，公司的客户与合作伙伴，都非常认可这个技术。他个人表示很有信心。

目前，Amantys的系统在一家葡萄牙服务了20年的地铁公司EMEF进行测试。这家公司采用的是很老的GTO 晶闸管功率系统，故障率不断上升。铁路的维护成本高企。

在引入Amantys Power Insight 4500V 门驱动技术后，EMEF通过监测系统，降低了故障率和维护的成本，同时还开发出了新的电源系统，采用IGBT模组替换了原来的GTO晶闸管。

Steve Evans说，EMEF的技术员工可以在PCIM Europe的Amantys 展台上对一条在Lisbon的测试铁路进行即时的监测，从2500公里之外，通过光纤连接，来诊断和修复发现的问题。

Amantys的演示工具，可以模拟设置IGBT门驱动的温度、电压、电流等参数的变化，实现监测与控制的目的。

Steve Evans还通过DEMO工具，在现场演示了产品的仿真效果。

在演示输入条件参数的变化时，Amantys的Power Insight工具能够在显示器上即时显示各种结果的变化和事件发生的时间。

上图右为Amantys公司副总裁Steve Evans，左为Amantys中国业务扩展经理安磊 （Alexander Marton)

补充知识：

大功率IGBT模块电压具有 1200V、1700V、2500V、3300V、6500V五种封装规格。其中3300V和6500V产品主要用于航空航天、高速铁路机车变流器、动力变流器、城市轨道交通变流器、直流输电逆变器、矿用变频器、风力发电变频器。

全球IGBT市场中最主要的供应厂商由国外少数大公司控制，它们代表国际IGBT技术最高水平。包括日本三菱、东芝，德国英飞凌、瑞士ABB等公司，其中3300V-6500V等级IGBT主要由英飞凌、ABB、三菱与东芝等少数几家所垄断，英飞凌在奥地利的有一条6英寸高压IGBT芯片生产线和大功率IGBT模块封装线，在马来西亚的有一条月产达到10万片8英寸芯片线，ABB拥有年产20万片6英寸IGBT芯片的生产线，年产25万只高压大功率IGBT模块封装线；日本三菱是位于亚洲的最重要竞争对手，该公司产品与英飞凌类似，在大功率沟槽IGBT技术方面在国际上处于领先水平。

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