基本半导体子公司青铜剑技术(Bronze Technologies)驱动核产品力深度解析与应用指南
倾佳电子(Changer Tech)是一家专注于功率半导体和新能源汽车连接器的分销商。主要服务于中国工业电源、电力电子设备和新能源汽车产业链。倾佳电子聚焦于新能源、交通电动化和数字化转型三大方向,力推BASiC基本半导体SiC碳化硅MOSFET单管,SiC碳化硅MOSFET功率模块,SiC模块驱动板等功率半导体器件以及新能源汽车连接器。
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1. 执行摘要:电力电子核心控制技术的演进
在当今全球能源结构转型与电气化浪潮的推动下,电力电子系统作为电能转换与控制的心脏,其可靠性、效率与功率密度面临着前所未有的挑战。作为连接数字控制逻辑与高压功率器件的桥梁,栅极驱动器(Gate Driver)不仅承担着信号放大的基本功能,更在系统保护、效率优化及电磁兼容性(EMC)方面发挥着决定性作用。倾佳电子聚焦于基本半导体子公司——深圳青铜剑技术有限公司(Bronze Technologies)自主研发的高性能驱动核产品线,通过对其技术架构、核心产品系列及深度应用指南的全面剖析,揭示其在“技术驱动未来”理念下的核心产品力。
基本半导体子公司青铜剑技术通过自主研发的ASIC(专用集成电路)芯片组技术,重构了传统驱动方案的性能边界。本报告详细分析了包括针对碳化硅(SiC)器件优化的2CD0210系列、针对三电平拓扑定制的2QD0225系列、以及面向高压大功率应用的2QD0435/0535系列等核心产品。分析显示,基本半导体子公司青铜剑驱动核通过高度集成的去饱和保护(Desaturation Protection)、有源钳位(Active Clamping)、软关断(Soft Turn-off)及精确的时序控制逻辑,显著提升了系统的安全性与集成度。特别是针对光伏、风电、储能及轨道交通等高可靠性场景,其产品展现出卓越的电气隔离性能(最高达9100Vac)与环境适应性。
本指南旨在为电力电子系统架构师、硬件工程师及研发人员提供一份详尽的技术参考,涵盖产品选型逻辑、电路设计规范、保护参数配置及特殊工况下的应用策略,助力工程团队充分释放功率半导体的潜能。
2. 核心技术架构与产品力基石
基本半导体子公司青铜剑驱动核之所以能在竞争激烈的市场中脱颖而出,其根本动力源于底层技术架构的创新。与传统基于分立器件或通用光耦的驱动方案不同,青铜剑采用了全栈自研的ASIC芯片组路径,这一战略选择从根本上定义了其产品的核心竞争力。
2.1 ASIC芯片组:集成度与可靠性的飞跃
在基本半导体子公司青铜剑的驱动核产品中,无论是紧凑型的2QD0108系列还是高压的2QD0535系列,均内置了其自主研发的驱动ASIC。这一技术路线带来了多维度的产品力提升:
- 极致的集成度与小型化:ASIC将复杂的逻辑电路集成于单颗硅片之上。例如,在2QD0225T12xx-3L三电平驱动器中,传统的NPC(中点钳位)拓扑所需的复杂时序逻辑(如内管与外管的开通关断顺序、故障时的软关断配合)通常需要外部FPGA或CPLD配合大量的逻辑门电路来实现。而基本半导体子公司青铜剑通过ASIC直接在驱动核内部集成了这些逻辑 ,使得驱动器能够直接处理PWM信号并自动管理时序,大幅减少了PCB板上的元器件数量,降低了布线复杂度,从而显著提升了系统的功率密度。
- 一致性与时序精度:分立器件方案受限于元器件的离散性,往往难以保证大规模量产时的一致性。基本半导体子公司青铜剑的ASIC方案通过晶圆级工艺控制,实现了极低的时序抖动。以2QD0435T17-C为例,其开通延迟时序抖动被控制在±5ns以内 。这种纳秒级的一致性对于大功率并联应用至关重要,它确保了并联的IGBT模块能够同步动作,有效避免了动态均流不平衡导致的单管过载风险。
- 全生命周期的可靠性:ASIC芯片组不仅集成了信号处理功能,还内置了高精度的基准电压源和比较器,用于欠压保护(UVLO)和短路保护。相比于分立元件随温度和时间老化产生的漂移,ASIC内部的集成电路具有更优异的温度稳定性和长期可靠性,直接延长了驱动系统的平均无故障时间(MTBF)。
2.2 磁隔离技术:高压安规的坚实屏障
在“强电”与“弱电”之间建立坚不可摧的隔离屏障,是驱动器的首要任务。基本半导体子公司青铜剑广泛采用磁隔离(Magnetic Isolation)技术,在其型号命名中的“T”即代表了这一技术特征(Transformer-based Isolation)。
- 高压绝缘能力:磁隔离变压器通过特殊的绝缘材料和结构设计,能够承受极高的电压应力。针对3300V电压等级IGBT设计的2QD0535T33-C系列,其原副边绝缘耐压高达9100Vac (50Hz, 1s),电气间隙(Clearance)达到25mm 。这一指标不仅满足了常规工业标准,更符合轨道交通及中压变流器对爬电距离的严苛要求,确保了在恶劣环境下的运行安全。
- 抗干扰能力(CMTI) :在高频开关动作下(特别是SiC应用),功率回路会产生极高的共模电压变化率(dv/dt)。磁隔离技术由于其低耦合电容特性,表现出优异的共模瞬态抗扰度(CMTI)。在基本半导体子公司青铜剑的规格书中,耦合电容通常被控制在极低水平(如2QD0108T17-C仅为10pF ),有效阻断了高频噪声穿过隔离层干扰原边控制电路。
2.3 灵活的电源与接口架构
基本半导体子公司青铜剑在产品定义上充分考虑了用户应用场景的多样性,提供了极具弹性的接口设计。
- 宽压输入兼容性:针对工业现场辅助电源波动较大的痛点,基本半导体子公司青铜剑提供了“C0”版本的宽压输入选项。例如在2CD0210T12x0系列中,C0版本支持16-30V的宽范围直流输入 ,这意味着驱动器可以直接从电池组或波动的母线上取电,无需额外的前级稳压环节,简化了系统电源架构。
- 模式选择(Mode Selection) :为了适应不同的拓扑结构,大多数双通道驱动核(如2QD30A17K, 2QD0435)均配备了MOD引脚 。用户仅需通过一个电阻将MOD引脚接地或接VCC,即可在“直接模式”(Direct Mode,两通道独立控制)与“半桥模式”(Half-bridge Mode,集成死区与互锁)之间切换。这种设计使得同一款物料可以同时服务于全桥、半桥、交错并联等多种拓扑,降低了用户的供应链管理成本。
3. 全谱系产品深度解析
基本半导体子公司青铜剑的产品矩阵覆盖了从碳化硅专用驱动到大功率IGBT驱动,从通用型到特定拓扑专用型的全维度解决方案。本章将对各核心系列进行逐一剖析。
3.1 SiC MOSFET 专用驱动系列:2CD0210T12x0
随着第三代半导体碳化硅(SiC)的爆发,基本半导体子公司青铜剑推出了专为1200V SiC MOSFET设计的2CD0210T12x0驱动板。该产品不仅是IGBT驱动的简单移植,而是针对SiC特性进行了深度定制。
3.1.1 针对SiC特性的电气优化
- 驱动电压的适配:SiC MOSFET通常需要比IGBT更高的开通电压以降低导通电阻(Rds_on),以及负压关断来防止误导通。2CD0210T12x0提供了+18V/-4V的门极驱动电压 ,精准匹配了主流SiC器件的栅极特性。相比之下,传统IGBT驱动通常提供+15V/-10V,若直接混用可能导致SiC器件无法完全导通或栅极过压。
- 米勒钳位(Miller Clamp)功能:这是该系列最核心的差异化功能。SiC MOSFET的开关速度极快,产生的dv/dt极高。在半桥拓扑中,当下管关断、上管开通时,高dv/dt会通过米勒电容(Cgd)向关断管的栅极注入电流,导致栅极电压抬升,引发“米勒导通”风险。2CD0210T12x0集成了米勒钳位电路 1,在关断阶段,当栅极电压降至特定阈值(约2.2V)时,内部MOSFET导通,通过低阻抗路径将栅极直接钳位至负电源(COM),强力泄放米勒电流,彻底消除了误导通隐患。
3.1.2 物理形态与集成
该驱动板采用紧凑型设计,单通道输出功率达2W,峰值电流10A ,足以驱动中大功率的SiC模块。其板载的隔离DC/DC电源免去了外部电源设计的烦恼,直接实现了原副边的电气隔离与能量传输。
3.2 紧凑型IGBT驱动核:2QD0108T17-C-xx
作为一款面向中功率应用(如光伏、充电桩)的“万能型”驱动核,2QD0108系列以其高性价比和全面的保护功能著称。
3.2.1 性能参数分析
- 驱动能力:单通道1W功率,峰值电流±8A 。这一参数设定非常精准,既覆盖了绝大多数几十安培至几百安培的IGBT模块需求,又避免了过度设计带来的成本增加。
- 信号兼容性:其逻辑输入电平兼容5V和15V ,使其既能对接3.3V/5V的DSP/MCU控制器,也能适应15V的PLC工业控制信号,展现了极强的通用性。
3.2.2 完备的保护逻辑
尽管体积小巧,2QD0108并未在安全性上妥协。它集成了完善的去饱和短路保护和软关断功能。特别值得注意的是其**软关断(Soft Turn-off)**机制:当检测到短路故障时,驱动器不会硬关断IGBT(这会产生极高的电压尖峰),而是控制门极电压在约2µs的时间内缓慢下降至0V,然后再进行硬关断 。这种精细的时序控制在保护IGBT免受过压击穿的同时,也防止了故障扩大化。
3.3 大功率IGBT驱动核:2QD30A17K 与 2QD0435T17
针对兆瓦级风电变流器和集中式光伏逆变器等大功率场景,基本半导体子公司青铜剑推出了2QD30A17K和2QD0435系列,这两款产品代表了目前主流大功率驱动的技术高度。
3.3.1 强悍的驱动能力
- 电流与功率:2QD30A17K提供±30A峰值电流,而2QD0435更是提升至±35A,单通道功率均为4W 。这意味着它们可以轻松驱动1700V/1000A甚至更高规格的大功率IGBT模块,或者驱动多个并联的小模块。
- 高频开关支持:2QD0435的最大开关频率可达100kHz ,这对于大功率器件来说是非常高的指标,为高频化设计预留了充足的裕量。
3.3.2 高级有源钳位(Advanced Active Clamping)
在2QD0435T17-C中,基本半导体子公司青铜剑引入了“高级有源钳位”技术 。
- 传统有源钳位:通常是在集电极和栅极之间串联TVS管,当Vce超过TVS击穿电压时,电流注入栅极使IGBT微导通,钳制电压。
- 高级功能:基本半导体子公司青铜剑的方案不仅包含TVS反馈回路,还通过ACL引脚与ASIC内部逻辑联动 。这种设计允许驱动器更智能地管理钳位过程,不仅在关断瞬间起作用,在关断状态下若受到外部浪涌冲击导致Vce飙升,也能激活钳位保护,提供了全时段的过压防护。
3.4 三电平专用驱动器:2QD0225T12xx-3L
在光伏和储能领域,I型三电平(NPC)拓扑因其高效率和低谐波特性而被广泛应用,但其复杂的控制逻辑一直是设计的难点。2QD0225T12xx-3L正是为解决这一痛点而生。
3.4.1 硬件级时序逻辑集成
NPC拓扑要求四个开关管严格遵守特定的开关顺序:开通时由外向内,关断时由内向外。一旦顺序错误,外管(T1/T4)将承受全母线电压而瞬间炸裂。
- 逻辑集成:2QD0225T12xx-3L在驱动核内部固化了这一时序逻辑。用户只需输入PWM信号,驱动器会自动处理内管和外管的动作顺序 。这不仅节省了控制器的PWM通道资源,更从硬件底层杜绝了程序跑飞导致的时序混乱风险。
3.4.2 故障关断时序管理
更关键的是故障处理。当发生短路时,如果直接同时关断所有管子,极易造成器件过压。2QD0225内置了复杂的故障关断状态机:
内管故障:若内管检测到短路,它不会立即关断,而是先延时,通知外管先进行软关断,然后再自行软关断 。
外管故障:若外管检测到短路,它会立即软关断,并封锁内管 。
这种智能的“接力”关断逻辑,是该产品极具高附加值的体现,极大地简化了三电平系统的保护设计难度。
3.5 高压旗舰:2QD0535T33-C-xx
面对轨道交通牵引和中压变频器对3300V IGBT的驱动需求,2QD0535系列树立了绝缘性能的标杆。
3.5.1 极致的绝缘设计
- 电气间隙与爬电距离:该产品实现了原副边25mm的电气间隙和爬电距离 。在污染等级较高的工业或轨道交通环境中,这一指标是确保系统长期不发生沿面爬电击穿的关键。
- 绝缘耐压:9100Vac的隔离耐压测试标准 1,远超常规的5000V标准,为高压系统提供了极其充裕的安全裕量。
4. 关键功能原理与保护机制详解
基本半导体子公司青铜剑驱动核的“大脑”——ASIC芯片组,内置了多种复杂的保护算法。理解这些机制的运作原理,是设计高可靠性系统的基础。
4.1 去饱和(Desaturation)短路保护机制
短路保护是驱动器最重要的功能之一。青铜剑驱动核普遍采用去饱和检测技术。
4.1.1 工作原理与检测逻辑
当IGBT导通时,其集电极-发射极电压(VCE)处于饱和压降状态(通常为1V-2V)。一旦发生短路(如负载短路或桥臂直通),巨大的电流迫使IGBT退出饱和区,VCE迅速升高至母线电压水平。驱动器通过检测VCE电平来判断是否发生短路。
- 检测电路:驱动器通过高压二极管与电阻网络监测VCE。当IGBT开启后,内部电流源对消隐电容CA充电。正常情况下,VCE低,CA电压被钳位;短路时,VCE高,CA电压持续上升,一旦超过阈值VREF,触发保护 。
4.1.2 响应时间的可配置性
不同功率等级的IGBT对短路电流的耐受时间(Short Circuit Withstand Time, SCWT)不同,通常在10µs以内。青铜剑驱动器允许用户通过外部元件精确配置保护响应时间。
- 配置公式:响应时间主要由消隐电容CA和参考电阻RREF决定。在2QD0435手册中,明确给出了配置表:例如使用33pF电容和68kΩ电阻时,响应时间约为9.4µs 。这赋予了工程师极大的灵活性,既可以设置极快的响应以保护脆弱器件,也可以适当延时以防止误触发。
4.1.3 I类与II类短路的差异化表现
基本半导体子公司青铜剑的技术文档深刻揭示了两种短路模式的区别:
- I类短路(直通) :此时回路电感极小,di/dt极大,IGBT迅速退饱和。驱动器能极快地检测到VCE上升并触发保护 。
- II类短路(相间/负载短路) :由于回路存在较大电感,电流上升较慢。IGBT会先维持在饱和区,随着电流增加才逐渐退饱和。这意味着驱动器的检测会有天然的物理延迟。青铜剑特别提示,在II类短路下,由于退饱和时刻的不确定性,驱动器可能无法完全保证IGBT不损坏,建议系统层面辅以电流传感器保护 1。这种坦诚的技术说明体现了其对工程实际的深刻理解。
4.2 软关断(Soft Turn-off)与有源钳位(Active Clamping)
在切断数千安培的短路电流时,布线杂散电感(Ls)会产生巨大的感应电压 Vpeak=VDC+Ls⋅di/dt。若不加控制,此电压将瞬间击穿IGBT。
4.2.1 软关断策略
基本半导体子公司青铜剑的软关断功能(SSD)在检测到故障后,强制驱动输出进入高阻态或通过一个较大的电阻放电,从而人为降低关断时的di/dt。
- 实施细节:在2QD0108和2QD0225等产品中,软关断时间被设计为约2µs的受控过程 。这种“慢动作”关断虽然增加了单次关断损耗,但却能有效将过压尖峰限制在安全范围内。
4.2.2 高级有源钳位的作用
对于更高功率的应用,仅靠软关断可能不够。有源钳位提供了最后一道物理防线。
- 动态反馈:2QD0435的ACL引脚连接了TVS反馈节点。当集电极电压超过设定值(TVS击穿电压),电流被注入门极,强行维持IGBT微导通,将集电极电压“钳”在安全水平。青铜剑的“高级”之处在于其ASIC能够感知这一钳位动作,并可能据此调整驱动逻辑,防止反复振荡 。
4.3 智能电源管理与欠压保护(UVLO)
驱动器的供电稳定性直接关系到IGBT的开关状态。基本半导体子公司青铜剑设计了精密的双侧UVLO逻辑。
4.3.1 原副边独立监控
- 原边UVLO:监控输入供电VCC。当VCC低于阈值(如12.5V),ASIC会封锁PWM信号输入,防止逻辑错误 。
- 副边UVLO:这是保护IGBT的关键。如果副边驱动电压不足(例如只有10V),IGBT将工作在放大区,导致过热烧毁。青铜剑的副边UVLO不仅监测电压,还具备**回差(Hysteresis)**设计(如1V左右的压差 ),防止电压在阈值附近波动导致驱动器频繁启停。
4.3.2 故障反馈机制
当副边触发UVLO时,它不仅会关断IGBT,还会通过隔离变压器向原边发送故障码,拉低原边的SO(Status Output)引脚 1。这种跨越隔离层的实时反馈,使得主控制器能第一时间获知功率级的健康状态。
5. 工程应用设计指南
本章节将数据手册中的参数转化为具体的电路设计规范,为工程师提供实战指导。
5.1 门极电阻(Rg)的选型计算
门极电阻是调节IGBT开关速度、损耗和EMI的杠杆。
最小电阻限制:每个驱动核都有其电流承受极限。例如2QD0435的最大峰值电流为35A。在设计时,必须保证:
RG,min≥Ipeak,maxΔVGate
其中 ΔVGate 通常为 15V−(−10V)=25V。因此,对于2QD0435,理论最小电阻为 25V/35A≈0.71Ω。数据手册中推荐的最小值为0.5Ω ,这考虑了内部阻抗的分压效应。
独立调节:基本半导体子公司青铜剑驱动核通常提供GH(开通)和GL(关断)两个独立引脚 。建议设计者利用这一点,分别配置RG,on和RG,off。通常RG,off选取得比RG,on小,以增强关断抗干扰能力,防止米勒误导通。
5.2 模式配置与死区时间设定
在半桥应用中,死区时间(Dead Time)是防止炸机的关键。基本半导体子公司青铜剑巧妙地利用MOD引脚实现了模式与死区的双重配置。
配置逻辑:
- 直接模式:将MOD引脚直接接地(GND),此时两通道完全独立,无死区逻辑。
- 半桥模式:在MOD引脚与GND之间跨接一个电阻RMOD。
计算公式:以2QD0108T17-C为例,死区时间DT与电阻RMOD呈线性关系:
RMOD[kΩ]=30×DT[μs]+53.6
。
- 工程建议:若需要3.2µs的死区,计算得出RMOD≈149.6kΩ,应选用150kΩ的精密电阻。切勿使用普通碳膜电阻,以免温漂导致死区变化。
5.3 故障锁定时间(Blocking Time)配置
当发生故障(短路或欠压)后,驱动器会进入锁定状态,不仅关断输出,还会拉低SO引脚报警。这段锁定时间(tB)是为了让IGBT充分冷却,并给控制器留出处理时间。
配置方法:通过TB引脚的接地电阻RTB设定。以2QD0435为例:
RTB[kΩ]=tB[ms]+55
。
调试技巧:在研发调试阶段,可以将TB引脚直接短路至地。此时锁定时间会被强制缩短至约10µs ,极大地方便了故障复现和波形捕捉。但在最终产品中,必须恢复电阻配置(通常设置为几十毫秒),以确保系统安全。
5.4 PCB Layout 与电磁兼容设计
- 去耦电容布局:VCC和VISO引脚的去耦电容应尽可能靠近管脚放置。基本半导体子公司青铜剑推荐使用低ESR的陶瓷电容,以应对高频脉冲电流需求。特别是对于2QD0535这类高压驱动,电源纹波直接影响UVLO的稳定性。
- 高压爬电处理:对于2QD0535T33-C,虽然器件本身提供了25mm的爬电距离,但PCB设计时必须在原副边之间开槽(Slotting),并涂覆三防漆(Conformal Coating),以防止灰尘和湿气导致的沿面闪络 。
- 信号线屏蔽:PWM输入信号属于弱电敏感信号,应远离IGBT的大电流回路。建议使用差分信号传输或在输入端增加RC滤波(如100pF电容)。
6. 特殊场景应用与行业洞察
6.1 光储一体机中的三电平应用
在1500V光伏系统中,ANPC或I型NPC三电平拓扑是主流。使用2QD0225T12xx-3L可以显著简化系统设计。
- 设计优势:传统方案需要控制器输出4路PWM并自行计算死区和时序,对MCU的算力要求极高且风险大。2QD0225方案仅需控制器输出基础PWM,驱动器接管了所有的保护时序。这不仅降低了MCU选型成本,更将时序保护的响应速度从微秒级(软件中断)提升到了纳秒级(硬件逻辑)。
6.2 碳化硅高频应用中的米勒效应抑制
在SiC充电桩或高频DCDC转换器中,开关频率往往超过50kHz。
- 应用策略:使用2CD0210T12x0时,必须重视米勒钳位引脚的走线。该引脚到SiC MOSFET栅极的路径应极短且粗,以提供最低的阻抗路径。如果走线过长,线路电感会削弱钳位效果,导致高频震荡。
6.3 轨道交通牵引的高可靠性要求
在地铁或高铁牵引逆变器中,设备面临剧烈的振动和温变。
- 选型建议:推荐使用2QD0535T33-C-A1(长插针版本)配合焊接工艺,或使用压接连接器。其9100V的绝缘耐压提供了极高的共模噪声免疫力,能够承受接触网跳变产生的高压浪涌。同时,必须启用其软关断和有源钳位功能,以保护昂贵的3300V IGBT模块。
7. 结论
深圳市倾佳电子有限公司(简称“倾佳电子”)是聚焦新能源与电力电子变革的核心推动者:
倾佳电子成立于2018年,总部位于深圳福田区,定位于功率半导体与新能源汽车连接器的专业分销商,业务聚焦三大方向:
新能源:覆盖光伏、储能、充电基础设施;
交通电动化:服务新能源汽车三电系统(电控、电池、电机)及高压平台升级;
数字化转型:支持AI算力电源、数据中心等新型电力电子应用。
公司以“推动国产SiC替代进口、加速能源低碳转型”为使命,响应国家“双碳”政策(碳达峰、碳中和),致力于降低电力电子系统能耗。
基本半导体子公司青铜剑技术的驱动核产品线,通过ASIC技术的深度应用,成功实现了从“能用”到“好用”再到“专用”的跨越。
- 对于通用市场,2QD0108系列以极高的集成度和兼容性,成为了替代传统光耦驱动的高性价比之选。
- 对于高端市场,2QD0435和2QD0535系列通过高级有源钳位和极致的绝缘性能,攻克了风电、轨交等领域的极端工况挑战。
- 对于前沿技术,2CD0210和2QD0225系列则精准打击了SiC驱动和三电平控制的痛点,展现了企业对电力电子发展趋势的敏锐洞察。
对于系统工程师而言,选择基本半导体子公司青铜剑驱动核不仅仅是选择了一颗元器件,更是引入了一套经过验证的功率器件保护管理方案。遵循本指南的设计规范,合理配置去饱和响应、死区时间及钳位参数,将能最大程度地释放功率器件的性能,构建出高效、安全、可靠的电力电子系统。
附表:青铜剑核心驱动核产品选型对比
产品系列适配器件电压等级峰值电流单路功率绝缘耐压核心特色功能典型应用领域2CD0210T12x0SiC MOSFET1200V10A2WTBD米勒钳位、宽压输入、SiC专用电压储能变流器,固态变压器SST,、SiC逆变器2QD0108T17-CIGBT1700V±8A1W6000V紧凑体积、软关断、兼容5V/15V逻辑储能、中小功率变频2QD30A17K-IIGBT1700V±30A4W6000V大电流、UL94V-0阻燃、高可靠性风电变流器、光伏2QD0435T17-CIGBT1700V±35A4W5000V高级有源钳位、高频开关支持大功率SVG、APF2QD0535T33-CIGBT3300V±35A5W9100V25mm电气间隙、极致绝缘、大功率轨道交通、中压传动2QD0225T12xx-3LIGBT1200V±25A2W5000V三电平逻辑集成、故障时序管理光伏、储能三电平

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