深入剖析onsemi STK544UC63K - E智能功率模塊

在工業(yè)驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域，智能功率模塊（IPM）扮演著至關(guān)重要的角色。今天我們就來(lái)詳細(xì)探討onsemi的STK544UC63K - E智能功率模塊，看看它有哪些獨(dú)特之處，能為我們的設(shè)計(jì)帶來(lái)怎樣的便利。

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一、模塊概述

STK544UC63K - E是一款高度集成的逆變器功率級(jí)模塊，適用于驅(qū)動(dòng)永磁同步（PMSM）電機(jī)、無(wú)刷直流（BLDC）電機(jī)和交流異步電機(jī)。它集成了高壓驅(qū)動(dòng)器、六個(gè)IGBT以及一個(gè)熱敏電阻，為電機(jī)驅(qū)動(dòng)提供了一站式解決方案。其IGBT采用三相橋配置，下橋臂具有獨(dú)立的發(fā)射極連接，這使得在選擇控制算法時(shí)具有極大的靈活性。同時(shí)，該功率級(jí)具備全面的保護(hù)功能，包括交叉導(dǎo)通保護(hù)、外部關(guān)斷和欠壓鎖定功能，內(nèi)部比較器和參考連接到過(guò)流保護(hù)電路，方便設(shè)計(jì)師設(shè)置過(guò)流保護(hù)水平。

二、模塊特點(diǎn)

2.1 集成度高

它是一個(gè)三相10A/600V的IGBT模塊，并且集成了驅(qū)動(dòng)器，減少了外部元件的使用，降低了設(shè)計(jì)復(fù)雜度。同時(shí)，內(nèi)置了欠壓保護(hù)和交叉導(dǎo)通保護(hù)功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。

2.2 靈活控制

ITRIP輸入可用于關(guān)閉所有IGBT，方便進(jìn)行故障保護(hù)。集成的自舉二極管和電阻，為電路設(shè)計(jì)提供了便利。

2.3 溫度監(jiān)測(cè)

內(nèi)置熱敏電阻可用于測(cè)量基板溫度，有助于實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊的工作狀態(tài)，避免因過(guò)熱導(dǎo)致的損壞。

2.4 認(rèn)證合規(guī)

該模塊獲得了UL1557認(rèn)證（文件編號(hào)：E339285），并且符合無(wú)鉛和RoHS標(biāo)準(zhǔn)，滿(mǎn)足環(huán)保和安全要求。

三、典型應(yīng)用

STK544UC63K - E適用于多種工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景，如工業(yè)驅(qū)動(dòng)器、工業(yè)泵、工業(yè)風(fēng)扇以及工業(yè)自動(dòng)化等。這些應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)電機(jī)的控制精度和可靠性要求較高，而該模塊的高性能和全面保護(hù)功能正好能夠滿(mǎn)足這些需求。

四、引腳說(shuō)明

該模塊共有23個(gè)引腳，不同引腳具有不同的功能。例如，VB(W)、VB(V)、VB(U)分別為W、V、U相的高端浮動(dòng)電源電壓；VS(W)、VS(V)、VS(U)分別與W、V、U相的高端驅(qū)動(dòng)器接地端內(nèi)部連接，同時(shí)也是相應(yīng)相的輸出端；P為正母線(xiàn)輸入電壓；NU、NV、NW分別為U、V、W相的低端發(fā)射極連接；HIN(U)、HIN(V)、HIN(W)為U、V、W相的高端柵極驅(qū)動(dòng)器邏輯輸入；LIN(U)、LIN(V)、LIN(W)為U、V、W相的低端柵極驅(qū)動(dòng)器邏輯輸入；T/ITRIP為溫度監(jiān)測(cè)和關(guān)斷引腳；VDD為+15V主電源；VSS為負(fù)主電源。需要注意的是，引腳3、6、9和11是不存在的。

五、電氣特性

5.1 絕對(duì)最大額定值

在TC = 25°C的條件下，該模塊有一系列的絕對(duì)最大額定值。例如，電源電壓VCC（P到NU、NV、NW，浪涌<500V）最大為450V；集電極 - 發(fā)射極電壓VCE（P到U、V、W；U到NU；V到NV；W到NW）最大為600V；輸出電流Io（P、U、V、W、NU、NV、NW端子電流）在Tc = 25°C時(shí)最大為±10A，在Tc = 100°C時(shí)最大為±5A；輸出峰值電流Iop（脈沖寬度1ms）最大為±20A；每個(gè)IGBT通道的最大功耗Pd為20W等。超過(guò)這些額定值可能會(huì)損壞器件，影響其功能和可靠性。

5.2 推薦工作條件

推薦的工作條件包括電源電壓、輸入輸出電壓、PWM頻率等。例如，VB(U)到VS(U)、VB(V)到VS(V)的電壓推薦范圍為13.0 - 15V，VDD到VSS的電壓也在相應(yīng)范圍內(nèi)；關(guān)態(tài)輸入電壓為3.0 - 0V；PWM頻率等也有一定的要求。在這些推薦條件下工作，能夠保證模塊的性能和可靠性。

5.3 電氣特性參數(shù)

在TC = 25°C，偏置電壓（VBS，VDD）= 15V（除非另有說(shuō)明）的條件下，該模塊有一系列的電氣特性參數(shù)。如集電極 - 發(fā)射極漏電流IR(BD)（VCE = 600V）典型值為0.1mA；導(dǎo)通壓降VF（IF = 10A，Tj = 25°C）典型值為2.8V等。同時(shí)，驅(qū)動(dòng)器部分也有相應(yīng)的參數(shù)，如ITRIP閾值電壓典型值為3.67 - 4.17V等。

5.4 開(kāi)關(guān)特性

開(kāi)關(guān)特性主要包括開(kāi)關(guān)時(shí)間、開(kāi)關(guān)損耗等。例如，開(kāi)關(guān)時(shí)間ton（IC = 10A，Tj = 25°C）典型值為0.35 - 0.7us；導(dǎo)通開(kāi)關(guān)損耗EON（IC = 5A，Tj = 25°C）典型值為89uJ；關(guān)斷開(kāi)關(guān)損耗EOFF（IC = 5A，Tj = 25°C）典型值為74uJ等。這些參數(shù)對(duì)于評(píng)估模塊在高速開(kāi)關(guān)應(yīng)用中的性能非常重要。

六、應(yīng)用信息

6.1 輸入/輸出時(shí)序圖

輸入/輸出時(shí)序圖展示了模塊在不同工作狀態(tài)下的信號(hào)變化。它顯示了交叉導(dǎo)通預(yù)防的效果，當(dāng)VDD電壓下降到足夠低時(shí)，所有柵極輸出信號(hào)將變?yōu)榈碗娖剑P(guān)閉所有六個(gè)IGBT；當(dāng)VDD電壓上升到足夠高時(shí)，恢復(fù)正常工作。同時(shí)，當(dāng)VB(U)（VB(V)、VB(W)）的自舉電壓下降時(shí)，相應(yīng)的高端輸出U（V、W）將關(guān)閉；當(dāng)電壓上升到足夠高時(shí)，恢復(fù)正常工作。當(dāng)ITRIP電壓超過(guò)閾值時(shí)，所有IGBT將關(guān)閉，過(guò)流條件消除后恢復(fù)正常工作。

6.2 輸入/輸出邏輯表

輸入/輸出邏輯表明確了不同輸入信號(hào)組合下模塊的輸出狀態(tài)。例如，當(dāng)HIN為低電平、LIN為高電平、T/ITRIP為低電平時(shí)，高端IGBT導(dǎo)通，低端IGBT關(guān)斷，輸出為P；當(dāng)HIN為高電平、LIN為低電平、T/ITRIP為低電平時(shí)，高端IGBT關(guān)斷，低端IGBT導(dǎo)通，輸出為NU、NV、NW等。

6.3 熱敏電阻特性

熱敏電阻的特性對(duì)于溫度監(jiān)測(cè)非常重要。在Tth = 25°C時(shí)，電阻典型值為100kΩ；在Tth = 125°C時(shí)，電阻典型值為2.52kΩ；B常數(shù)（25 - 50°C）為 - 4207 - 4293K；溫度范圍為 - 40 - +125°C。通過(guò)測(cè)量熱敏電阻的阻值或電壓，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊的溫度。

七、測(cè)試電路

文檔中還給出了多種測(cè)試電路，包括ICE、VCE(sat)、VF、ID以及開(kāi)關(guān)時(shí)間的測(cè)試電路。這些測(cè)試電路有助于工程師對(duì)模塊的性能進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證，確保其符合設(shè)計(jì)要求。

八、機(jī)械封裝

該模塊采用SIP23，62x21.8 FP - 4封裝，CASE 127FC。文檔詳細(xì)給出了封裝的尺寸信息，包括各個(gè)尺寸的最小值、標(biāo)稱(chēng)值和最大值。同時(shí)，還說(shuō)明了引腳1的識(shí)別方式以及缺失引腳的情況等。

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，電子工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇和使用STK544UC63K - E智能功率模塊。你在使用類(lèi)似模塊時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。