深度解析CIPOS? IGCM06B60HA：集成電力系統(tǒng)的卓越之選

在電子工程師的日常設(shè)計工作中，選擇合適的功率模塊至關(guān)重要。今天我們要深入探討的是英飛凌的Control Integrated POwer System（CIPOS?）IGCM06B60HA，一款具有出色性能和廣泛應(yīng)用前景的產(chǎn)品。

文件下載：IGCM06B60HAXKMA1.pdf

產(chǎn)品概述

CIPOS? IGCM06B60HA是一款雙列直插式智能功率模塊，集成了三相600V / 6A的橋式電路以及單相二極管橋式整流器。它的出現(xiàn)為各種電力應(yīng)用提供了一個高度集成的解決方案，有助于提高系統(tǒng)的可靠性，優(yōu)化PCB尺寸和降低系統(tǒng)成本。

核心特性

電氣性能卓越

反向?qū)?a target="_blank">IGBT：采用反向?qū)↖GBT，結(jié)合單片體二極管，能夠有效提升電路的性能和效率。
優(yōu)化二極管：單相二極管橋式整流器中的二極管經(jīng)過優(yōu)化，確保整流過程的高效穩(wěn)定。
SOI柵極驅(qū)動技術(shù)：采用堅固的SOI柵極驅(qū)動技術(shù)，對瞬態(tài)和負電壓具有出色的穩(wěn)定性，允許在VBS = 15V時VS電位負至 -11V進行信號傳輸。

功能集成豐富

自舉功能：集成自舉功能，簡化了電路設(shè)計，提高了系統(tǒng)的可靠性。
過流保護：具備過流關(guān)機功能，當檢測到過流時，能迅速關(guān)閉所有輸出，保護系統(tǒng)安全。
欠壓鎖定：所有通道都設(shè)有欠壓鎖定功能，防止因電壓過低導(dǎo)致的系統(tǒng)故障。
防交叉導(dǎo)通：采用交叉導(dǎo)通預(yù)防機制，避免同一橋臂的兩個柵極驅(qū)動器同時導(dǎo)通，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

環(huán)保設(shè)計

產(chǎn)品采用無鉛端子電鍍，符合RoHS標準，體現(xiàn)了環(huán)保理念。

目標應(yīng)用

CIPOS? IGCM06B60HA適用于多種家電和低功率電機驅(qū)動應(yīng)用，如洗碗機、冰箱、風扇等。這些應(yīng)用通常對系統(tǒng)的可靠性、效率和尺寸有較高要求，而該模塊正好能夠滿足這些需求。

系統(tǒng)配置

電路結(jié)構(gòu)

半橋電路：包含3個帶有反向?qū)↖GBT的半橋電路，用于控制三相交流電機和永磁電機。
整流器：單相二極管橋式整流器，將輸入的交流電轉(zhuǎn)換為直流電。
柵極驅(qū)動器：三相SOI柵極驅(qū)動器，為IGBT提供精確的驅(qū)動信號。

散熱設(shè)計

引腳到散熱器的間隙距離典型值為1.6mm，有助于良好的熱傳導(dǎo)和電氣隔離。

引腳配置與功能

引腳分配

引腳編號	引腳名稱	引腳描述
1	VS(U)	U相高側(cè)浮動IC電源偏移電壓
2	VB(U)	U相高側(cè)浮動IC電源電壓
……	……	……
24	NR	負母線電壓

關(guān)鍵引腳功能

HIN(U, V, W)和LIN(U, V, W)：用于控制集成IGBT，具有施密特觸發(fā)輸入閾值，保證與LSTTL和CMOS兼容。內(nèi)部提供約5kΩ的下拉電阻和齊納鉗位，還具備輸入施密特觸發(fā)器和噪聲濾波器，可有效抑制短輸入脈沖噪聲。不建議輸入脈沖寬度低于1μs，同時驅(qū)動器具備防止直通功能，避免同一橋臂的兩個柵極驅(qū)動器同時導(dǎo)通，并插入典型值為380ns的最小死區(qū)時間，減少外部功率開關(guān)的交叉導(dǎo)通。
VFO：故障輸出引腳，當VDD引腳欠壓或ITRIP引腳觸發(fā)過流檢測時，指示模塊故障，需要外部上拉電阻。
ITRIP：過流檢測功能引腳，通過將ITRIP輸入與IGBT集電極電流反饋連接實現(xiàn)過流檢測。比較器閾值典型值為0.47V，參考VSS地。輸入噪聲濾波器（典型值tITRIPMIN = 530ns）可防止誤檢測過流事件。過流檢測會在典型1000ns的關(guān)斷傳播延遲后使柵極驅(qū)動器的所有輸出關(guān)斷，故障清除時間設(shè)置為最小40μs。
VDD和VSS：VDD為控制電源，為輸入邏輯和輸出功率級供電，輸入邏輯參考VSS地。欠壓電路在電源電壓至少達到典型值(V{DDUV+}=12.1V)時使設(shè)備正常工作，當VDD電源電壓低于(V{DDuv- }=10.4V)時，IC關(guān)閉所有柵極驅(qū)動器功率輸出，防止外部功率開關(guān)在導(dǎo)通狀態(tài)下因柵極電壓過低而產(chǎn)生過大功耗。
VB(U, V, W)和VS(U, V, W)：VB到VS為高側(cè)電源電壓，高側(cè)電路可隨外部高側(cè)功率器件發(fā)射極電壓相對于VSS浮動。由于功耗低，浮動驅(qū)動器級由集成自舉電路供電。欠壓檢測的上升閾值典型值為(V{BSUV+}=12.1V)，下降閾值為(V{BSUV }=10.4V)。VS(U, V, W)對VSS的負電壓具有高達 -50V的瞬態(tài)耐受性，確保在惡劣條件下設(shè)計的穩(wěn)定性。
N：低側(cè)公共發(fā)射極，可用于電流測量，建議與VSS引腳的連接盡可能短，以避免不必要的電感電壓降。
W, V, U：電機U、V、W相輸入引腳。
P和NR：正母線輸入電壓和負母線電壓引腳，高側(cè)IGBT連接到母線電壓，注意母線電壓不超過450V，母線電壓參考NR地。
R和S：單相二極管橋式整流器輸入引腳，用于連接電網(wǎng)。

電氣參數(shù)

絕對最大額定值

部分	參數(shù)	條件	最小值	最大值	單位
模塊	存儲溫度范圍	-	-40	125	°C
	隔離測試電壓	RMS, f = 60Hz, t = 1min	2000	-	V
	工作外殼溫度范圍	參考圖6	-40	100	°C
逆變器	最大阻斷電壓	(I_C = 250μA)	600	-	V
	DC母線電源電壓（P - N）	施加于P - N之間	-	450	V
	DC母線電源電壓（浪涌）（P - N）	施加于P - N之間	-	500	V
	輸出電流	(T_C = 25°C, T_J < 150°C) (T_C = 100°C, T_J < 150°C)	-6 -4	6 4	A
	最大峰值輸出電流	小于1ms	-12	12	A
	短路耐受時間	(V_{DC} ≤ 400V, T_J = 150°C)	-	5	μs
	每個IGBT的功耗	-	-	19.3	W
	工作結(jié)溫范圍	-	-40	150	°C
	單個IGBT的熱阻（結(jié) - 殼）	-	-	6.47	K/W
整流二極管	最大重復(fù)反向電壓	-	900	-	V
	RMS正向電流	(T_C = 100°C, T_J < 150°C)	-	10	A
	峰值浪涌正向電流	50Hz, 非重復(fù) (T_C = 25°C) (T_C = 125°C)	- -	130 110	A
	(I^2t)值	(t_p = 10ms) (T_C = 25°C) (T_C = 125°C)	- -	84 60	(A^2s)
	工作結(jié)溫范圍	-	-40	150	°C
	單個二極管的熱阻（結(jié) - 殼）	-	-	6.2	K/W
控制	模塊電源電壓	-	-1	20	V
	高側(cè)浮動電源電壓（VB vs. VS）	-	-1	20	V
	輸入電壓（LIN, HIN, ITRIP）	-	-1 -1	10 10	V
	開關(guān)頻率	-	-	20	kHz

參數(shù)	最小值	典型值	最大值	單位
DC母線電源電壓（P - N）	0	-	400	V
高側(cè)浮動電源電壓（VB vs. VS）	13.5	-	18.5	V
低側(cè)電源電壓	14.0	16	18.5	V
控制電源變化	-1	-	1	V/μs
邏輯輸入電壓（LIN, HIN, ITRIP）	0	-	5	V
VSS - N之間（包括浪涌）	-5	-	5	V

靜態(tài)參數(shù)

參數(shù)	條件	最小值	典型值	最大值	單位
集電極 - 發(fā)射極飽和電壓	(I_C = 4A) (T_J = 25°C) (T_J = 150°C)	- -	1.6 1.8	2.0 -	V
發(fā)射極 - 集電極正向電壓	(I_F = 4A) (T_J = 25°C) (T_J = 150°C)	- -	1.75 1.8	2.2 -	V
整流二極管正向電壓	(I_F = 10A) (T_J = 25°C) (T_J = 150°C)	- -	1 0.95	1.4 -	V
集電極 - 發(fā)射極泄漏電流	(V_{CE} = 600V)	-	-	1	mA
邏輯“1”輸入電壓（LIN, HIN）	-	-	2.1	2.5	V
邏輯“0”輸入電壓（LIN, HIN）	-	0.7	0.9	-	V
ITRIP正向閾值	-	400	470	540	mV
ITRIP輸入遲滯	-	40	70	-	mV
VDD和VBS電源欠壓正向閾值	-	10.8	12.1	13.0	V
VDD和VBS電源欠壓負向閾值	-	9.5	10.4	11.2	V
VDD和VBS電源欠壓鎖定遲滯	-	1.0	1.7	-	V
輸入鉗位電壓（HIN, LIN, ITRIP）	(I_{in}=4mA)	9.0	10.1	12.5	V
靜態(tài)VBx電源電流（僅VBx）	(H_{IN} = 0V)	-	300	500	μA
靜態(tài)VDD電源電流（僅VDD）	(L{IN} = 0V, H{INX} = 5V)	-	370	900	μA
輸入偏置電流	(V_{IN} = 5V)	-	1	1.5	mA
輸入偏置電流	(V_{IN} = 0V)	-	2	-	μA
ITRIP輸入偏置電流	(V_{ITRIP} = 5V)	-	65	150	μA
VFO輸入偏置電流	(VFO = 5V, V_{ITRIP} = 0V)	-	2	-	nA
VFO輸出電壓	(I{FO} = 10mA, V{ITRIP} = 1V)	-	0.5	-	V

動態(tài)參數(shù)

參數(shù)	條件	最小值	典型值	最大值	單位
導(dǎo)通傳播延遲時間	(V{LIN}, H{IN} = 5V, IC = 4A, V{DC} = 300V)	-	650	-	ns
導(dǎo)通上升時間	-	-	20	-	ns
導(dǎo)通開關(guān)時間	-	-	100	-	ns
反向恢復(fù)時間	-	-	130	-	ns
關(guān)斷傳播延遲時間	(V{LIN}, H{IN} = 0V, I_C = 4A, V = 300V)	-	680	-	ns
關(guān)斷下降時間	-	-	180	-	ns
短路傳播延遲時間	從(V{IT,TH+})到10% (I{SC})	-	1420	-	ns
ITRIP輸入濾波器時間	(V_{ITRIP} = 1V)	-	530	-	ns
LIN, HIN導(dǎo)通和關(guān)斷輸入濾波器時間	(V{LIN}, H{IN} = 0V & 5V)	-	290	-	ns
ITRIP故障后故障清除時間	(V_{ITRIP} = 1V)	40	65	200	μs
低側(cè)和高側(cè)之間的死區(qū)時間	-	1.0	-	-	μs
柵極驅(qū)動電路的死區(qū)時間	-	-	380	-	ns
IGBT導(dǎo)通能量（包括二極管反向恢復(fù)）	(V_{DC} = 300V, I_C = 4A) (T_J = 25°C) (T_J = 150°C)	- -	75 130	- -	μJ
IGBT關(guān)斷能量	(V_{DC} = 300V, I_C = 4A) (T_J = 25°C) (T_J = 150°C)	- -	120 190	- -	μJ
二極管恢復(fù)能量	(V_{DC} = 300V, I_C = 4A) (T_J = 25°C) (T_J = 150°C)	- -	40 70	- -	μJ

自舉參數(shù)

參數(shù)	條件	最小值	典型值	最大值	單位
重復(fù)峰值反向電壓	-	600	-	-	V
U相自舉二極管電阻	(VS2)或(VS3 = 300V, T_J = 25°C) (VS2)和(VS3 = 0V, T_J = 25°C) (VS2)或(VS3 = 300V, T_J = 125°C) (VS2)和(VS3 = 0V, T_J = 125°C)	- 40 50 65	35 - - -	- - - -	Ω
反向恢復(fù)時間	(I_F = 0.6A, di/dt = 80A/μs)	-	50	-	ns
正向電壓降	(I_F = 20mA, VS2)和(VS3 = 0V)	-	2.6	-	V

機械特性

| 參數(shù) | 條件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位

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智能功率模塊

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電氣性能卓越

功能集成豐富

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目標應(yīng)用

系統(tǒng)配置

電路結(jié)構(gòu)

散熱設(shè)計

引腳配置與功能

引腳分配

關(guān)鍵引腳功能

電氣參數(shù)

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