探索CIPOS? IGCM10F60HA：集成電力系統(tǒng)的卓越之選
探索CIPOS? IGCM10F60HA：集成電力系統(tǒng)的卓越之選
在電子工程師的日常工作中，選擇合適的功率模塊對于設計的成功至關重要。今天，我們就來深入了解一款備受關注的產(chǎn)品——Control Integrated POwer System (CIPOS?) IGCM10F60HA。
文件下載：IGCM10F60HAXKMA1.pdf
產(chǎn)品概述
CIPOS? IGCM10F60HA是一款雙列直插式智能功率模塊，專為三相交流電機和永磁電機的變速驅(qū)動而設計，適用于空調(diào)、冰箱、洗衣機等多種家電設備。它將各種功率和控制組件集成在一起，不僅提高了系統(tǒng)的可靠性，還優(yōu)化了PCB尺寸和系統(tǒng)成本。
產(chǎn)品特性
- 完全隔離的雙列直插式封裝：采用反向?qū)?a target="_blank">IGBT和單片體二極管，具有出色的電氣性能。
- 堅固的SOI柵極驅(qū)動技術：對瞬態(tài)和負電壓具有穩(wěn)定性，允許負VS電位高達 -11V（VBS = 15V時）。
- 集成自舉功能：實現(xiàn)高效的電源供應。
- 過流保護：當檢測到過流時，所有6個開關會關閉，確保系統(tǒng)安全。
- 欠壓鎖定：在所有通道上提供欠壓保護。
- 低側(cè)發(fā)射極引腳：可用于監(jiān)測各相電流，方便進行故障診斷。
- 防交叉導通：有效避免同一橋臂的兩個柵極驅(qū)動器同時導通。
- 無鉛端子鍍層：符合RoHS標準，環(huán)?？煽?。
目標應用
CIPOS? IGCM10F60HA適用于多種家電和工業(yè)應用，如洗碗機、冰箱、洗衣機、空調(diào)、風扇和低功率電機驅(qū)動器等。
系統(tǒng)配置
該模塊由3個半橋反向?qū)↖GBT和一個三相SOI柵極驅(qū)動器組成，引腳到散熱器的間隙距離典型值為1.6mm。這種設計確保了良好的熱傳導和電氣隔離，同時提供了EMI安全控制和過載保護。
引腳配置與說明
引腳配置
| CIPOS? IGCM10F60HA共有24個引腳，包括高側(cè)和低側(cè)控制引腳、故障輸出引腳、過流檢測引腳、電源引腳等。具體引腳分配如下表所示： | Pin Number | Pin Name | Pin Description |
|---|---|---|---|
| 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 | |
| 3 | VS(V) | V相高側(cè)浮動IC電源偏移電壓 | |
| 4 | VB(V) | V相高側(cè)浮動IC電源電壓 | |
| 5 | VS(W) | W相高側(cè)浮動IC電源偏移電壓 | |
| 6 | VB(W) | W相高側(cè)浮動IC電源電壓 | |
| 7 | HIN(U) | U相高側(cè)柵極驅(qū)動器輸入 | |
| 8 | HIN(V) | V相高側(cè)柵極驅(qū)動器輸入 | |
| 9 | HIN(W) | W相高側(cè)柵極驅(qū)動器輸入 | |
| 10 | LIN(U) | U相低側(cè)柵極驅(qū)動器輸入 | |
| 11 | LIN(V) | V相低側(cè)柵極驅(qū)動器輸入 | |
| 12 | LIN(W) | W相低側(cè)柵極驅(qū)動器輸入 | |
| 13 | VDD | 低側(cè)控制電源 | |
| 14 | VFO | 故障輸出 | |
| 15 | ITRIP | 過流關斷輸入 | |
| 16 | VSS | 低側(cè)控制負電源 | |
| 17 | NW | W相低側(cè)發(fā)射極 | |
| 18 | NV | V相低側(cè)發(fā)射極 | |
| 19 | NU | U相低側(cè)發(fā)射極 | |
| 20 | W | 電機W相輸出 | |
| 21 | V | 電機V相輸出 | |
| 22 | U | 電機U相輸出 | |
| 23 | P | 正母線輸入電壓 | |
| 24 | NC | 無連接 |
引腳說明
- HIN(U, V, W)和LIN(U, V, W)：這些引腳為正邏輯，用于控制集成IGBT。內(nèi)部提供約5kΩ的下拉電阻和齊納鉗位，以確保在電源啟動時輸入偏置，并提供輸入施密特觸發(fā)器和噪聲濾波器，抑制短輸入脈沖。不建議輸入脈沖寬度低于1μs，同時集成柵極驅(qū)動器提供了防直通功能和最小死區(qū)時間插入，以避免同一橋臂的兩個柵極驅(qū)動器同時導通。
- VFO（故障輸出，引腳14）：當VDD引腳出現(xiàn)欠壓或ITRIP引腳觸發(fā)過流檢測時，VFO引腳會指示模塊故障。外部需要一個上拉電阻。
- ITRIP（過流檢測功能，引腳15）：通過將ITRIP輸入與IGBT集電極電流反饋相連，實現(xiàn)過流檢測功能。比較器閾值典型值為0.47V，參考VSS接地。輸入噪聲濾波器（典型值：tITRIPMIN = 530ns）可防止驅(qū)動器檢測到誤過流事件。過流檢測會在典型1000ns的關斷傳播延遲后關閉柵極驅(qū)動器的所有輸出，故障清除時間設置為最小40μs。
- VDD, VSS（低側(cè)控制電源和參考，引腳13, 16）：VDD為控制電源，為輸入邏輯和輸出功率級提供功率。輸入邏輯參考VSS接地。欠壓電路在電源電壓至少達到典型值VDDUV+ = 12.1V時使設備啟動，當VDD電源電壓低于VDDuv- = 10.4V時，IC會關閉所有柵極驅(qū)動器的功率輸出，以防止外部功率開關在導通狀態(tài)下出現(xiàn)臨界低柵極電壓，從而避免過度功耗。
- VB(U, V, W)和VS(U, V, W)（高側(cè)電源，引腳1 - 6）：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VBSUV+ = 12.1V，下降閾值為VBSUV = 10.4V。VS(U, V, W)對VSS的負電壓具有高達 -50V的瞬態(tài)魯棒性，確保在惡劣條件下設計的穩(wěn)定性。
- NW, NV, NU（低側(cè)發(fā)射極，引腳17 - 19）：低側(cè)發(fā)射極可用于測量各相橋臂的電流。建議將與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（高側(cè)發(fā)射極和低側(cè)集電極，引腳20 - 22）：這些引腳為電機U、V、W相輸入引腳。
- P（正母線輸入電壓，引腳23）：高側(cè)IGBT連接到母線電壓，注意母線電壓不超過450V。
電氣參數(shù)
絕對最大額定值
| 模塊部分 | 條件 | 符號 | 最小值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|
| 存儲溫度范圍 | - | Tstg | -40 | 125 | °C |
| 隔離測試電壓 | RMS, f = 60Hz, t = 1min | VISOL | 2000 | - | V |
| 工作外殼溫度范圍 | 參考圖6 | TC | -40 | 125 | °C |
| 逆變器部分 | 條件 | 符號 | 最小值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|
| 最大阻斷電壓 | IC = 250μA | VCES | 600 | - | V |
| P - N直流母線電源電壓 | 施加在P - N之間 | VPN | - | 450 | V |
| P - N直流母線電源電壓（浪涌） | 施加在P - N之間 | VPN(surge) | - | 500 | V |
| 輸出電流 | TC = 25°C, TJ < 150°C TC = 100°C, TJ < 150°C |
IC | -10 -6 |
10 6 |
A |
| 最大峰值輸出電流 | 小于1ms | IC(peak) | -20 | 20 | A |
| 短路耐受時間1 | VDC ≤ 400V, TJ = 150°C | tSC | - | 5 | μs |
| 每個IGBT的功耗 | - | Ptot | - | 26.1 | W |
| 工作結溫范圍 | - | TJ | -40 | 150 | °C |
| 單個IGBT的熱阻，結 - 殼 | - | RthJC | - | 4.79 | K/W |
| 控制部分 | 條件 | 符號 | 最小值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|
| 模塊電源電壓 | - | VDD | -1 | 20 | V |
| 高側(cè)浮動電源電壓（VB vs. VS） | - | VBS | -1 | 20 | V |
| 輸入電壓 | LIN, HIN, ITRIP | VIN VITRIP |
-1 -1 |
10 10 |
V |
| 開關頻率 | - | fPWM | - | 20 | kHz |
允許的短路次數(shù) < 1000；短路之間的時間 > 1s。
推薦工作條件
| 描述 | 符號 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|
| P - N直流母線電源電壓 | VPN | 0 | - | 400 | V |
| 高側(cè)浮動電源電壓（VB vs. VS） | VBS | 13.5 | - | 18.5 | V |
| 低側(cè)電源電壓 | VDD | 14.0 | 16 | 18.5 | V |
| 控制電源變化 | ΔVBS, ΔVDD | -1 | - | 1 | V/μs |
| 邏輯輸入電壓LIN, HIN, ITRIP | VIN VITRIP |
0 0 |
- | 5 5 |
V |
| VSS - N之間（包括浪涌） | VSS | -5 | - | 5 | V |
靜態(tài)參數(shù)
| 描述 | 條件 | 符號 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 集電極 - 發(fā)射極飽和電壓 | IC = 6A TJ = 25°C |
VCE(sat) | 1.6 | 1.8 | 2.0 | V |
| IC = 6A TJ = 150°C |
2.2 | - | - | V | ||
| 發(fā)射極 - 集電極正向電壓 | IF = 6A TJ = 25°C |
VF | 1.75 | - | - | V |
| IF = 6A TJ = 150°C |
1.8 | - | - | V | ||
| 集電極 - 發(fā)射極泄漏電流 | VCE = 600V | ICES | - | - | 1 | mA |
| 邏輯“1”輸入電壓（LIN, HIN） | - | VIH | 2.1 | 2.5 | - | V |
| 邏輯“0”輸入電壓（LIN, HIN） | - | VIL | 0.7 | 0.9 | - | V |
| ITRIP正向閾值 | - | VIT,TH+ | 400 | 470 | 540 | mV |
| ITRIP輸入滯后 | - | VIT,HYS | 40 | 70 | - | mV |
| VDD和VBS電源欠壓正向閾值 | - | VDDUV+ VBSUV+ |
10.8 | 12.1 | 13.0 | V |
| VDD和VBS電源欠壓負向閾值 | - | VDDUV- VBSUV- |
9.5 | 10.4 | 11.2 | V |
| VDD和VBS電源欠壓鎖定滯后 | - | VDDUVH VBSUVH |
1.0 | 1.7 | - | V |
| 輸入鉗位電壓（HIN, LIN, ITRIP） | Iin = 4mA | VINCLAMP | 9.0 | 10.1 | 12.5 | V |
| 靜態(tài)VBx電源電流（僅VBx） | HIN = 0V | IQBS | 300 | 500 | - | μA |
| 靜態(tài)VDD電源電流（僅VDD） | LIN = 0V, HINX = 5V | IQDD | 370 | 900 | - | μA |
| 輸入偏置電流 | VIN = 5V | IIN+ | 1 | 1.5 | - | mA |
| 輸入偏置電流 | VIN = 0V | IIN- | - | - | 2 | μA |
| ITRIP輸入偏置電流 | VITRIP = 5V | IITRIP+ | 65 | 150 | - | μA |
| VFO輸入偏置電流 | VFO = 5V, VITRIP = 0V | IFO | - | - | 2 | nA |
| VFO輸出電壓 | IFO = 10mA, VITRIP = 1V | VFO | - | - | 0.5 | V |
動態(tài)參數(shù)
| 描述 | 條件 | 符號 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 導通傳播延遲時間 | VLIN, HIN = 5V, IC = 6A, VDC = 300V | ton | - | 670 | - | ns |
| 導通上升時間 | - | tr | - | 20 | - | ns |
| 導通開關時間 | - | t c(on) | - | 80 | - | ns |
| 反向恢復時間 | - | trr | - | 110 | - | ns |
| 關斷傳播延遲時間 | VLIN, HIN = 0V, IC = 6A, V = 300V | toff | - | 820 | - | ns |
| 關斷下降時間 | - | tf | - | 170 | - | ns |
| 短路傳播延遲時間 | 從VIT,TH+到10%ISC | tSCP | - | 1250 | - | ns |
| ITRIP輸入濾波時間 | VITRIP = 1V | tITRIPmin | - | 530 | - | ns |
| LIN, HIN導通和關斷輸入濾波時間 | VLIN, HIN = 0V & 5V | tFILIN | - | 290 | - | ns |
| ITRIP故障后故障清除時間 | VITRIP = 1V | tFLTCLR | 40 | 65 | 200 | μs |
| 低側(cè)和高側(cè)之間的死區(qū)時間 | - | DTPWM | 1.0 | - | - | μs |
| 柵極驅(qū)動電路的死區(qū)時間 | - | DTIC | - | 380 | - | ns |
| IGBT導通能量（包括二極管反向恢復） | VDC = 300V, IC = 6A TJ = 25°C TJ = 150°C |
Eon | - - |
110 155 |
- - |
μJ |
| IGBT關斷能量 | VDC = 300V, IC = 6A TJ = 25°C TJ = 150°C |
Eoff | - - |
155 220 |
- - |
μJ |
| 二極管恢復能量 | VDC = 300V, IC = 6A TJ = 25°C TJ = 150°C |
Erec | - - |
45 75 |
- - |
μJ |
自舉參數(shù)
| 描述 | 條件 | 符號 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 重復峰值反向電壓 | - | VRRM | 600 | - | - | V |
| U相自舉二極管電阻1 | VS2或VS3 = 300V, TJ = 25°C | RBS1 | - | 35 | - | Ω |
| VS2和VS3 = 0V, TJ = 25°C | 40 | - | - | |||
| VS2或VS3 = 300V, TJ = 125°C | 50 |
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