英飛凌CIPOS? IKCM15R60GD：雙相開關(guān)磁阻驅(qū)動的理想之選

在電子工程師的日常工作中，選擇合適的功率模塊對于設(shè)計的成功至關(guān)重要。今天，我們來深入了解英飛凌的Control Integrated POwer System（CIPOS?）IKCM15R60GD，一款專為雙相開關(guān)磁阻驅(qū)動設(shè)計的智能功率模塊。

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一、產(chǎn)品概述

CIPOS? IKCM15R60GD屬于雙列直插式智能功率模塊，適用于雙相開關(guān)磁阻驅(qū)動，額定電壓600V，額定電流15A。它集成了多種功率和控制組件，旨在提高系統(tǒng)可靠性、優(yōu)化PCB尺寸和降低系統(tǒng)成本。

（一）產(chǎn)品特性

1. 先進(jìn)的IGBT技術(shù)：采用TRENCHSTOP? IGBTs，具備出色的電氣性能。
2. 穩(wěn)定的驅(qū)動技術(shù)：堅固的SOI柵極驅(qū)動技術(shù)，對瞬態(tài)和負(fù)電壓具有穩(wěn)定性，允許負(fù)VS電位高達(dá) -11V（VBS = 15V時用于信號傳輸）。
3. 集成功能：集成自舉功能、過流關(guān)斷、溫度監(jiān)測、欠壓鎖定等功能，在保護(hù)期間所有4個開關(guān)都會關(guān)閉。
4. 環(huán)保設(shè)計：無鉛端子電鍍，符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)。
5. 低熱阻：由于采用DCB（直接覆銅基板），具有非常低的熱阻。

（二）目標(biāo)應(yīng)用

主要用于雙相開關(guān)磁阻驅(qū)動，例如真空吸塵器等變速驅(qū)動應(yīng)用中的雙相開關(guān)磁阻電機(jī)控制。

二、系統(tǒng)配置

（一）核心組件

1. 雙相開關(guān)磁阻驅(qū)動：采用TRENCHSTOP? IGBTs，確保高效的功率轉(zhuǎn)換。
2. SOI柵極驅(qū)動：提供穩(wěn)定的驅(qū)動信號。
3. 熱敏電阻：用于溫度監(jiān)測。
4. 散熱設(shè)計：引腳到散熱器的間隙距離典型值為1.6mm，有助于良好的散熱。

三、引腳配置與說明

（一）引腳配置

從底部視圖來看，該模塊有24個引腳，包括電源輸入、控制輸入、故障輸出、熱敏電阻等引腳。具體引腳配置如圖1所示（此處可參考文檔中的圖1）。

（二）引腳說明

1. HIN(A, B)和LIN(A, B)（IGBT控制引腳，引腳7 - 10）：正邏輯引腳，負(fù)責(zé)集成IGBT的控制。具有施密特觸發(fā)器輸入閾值，保證與LSTTL和CMOS兼容，最低可兼容3.3V控制器輸出。內(nèi)部提供約5kΩ的下拉電阻，在電源啟動時對輸入進(jìn)行預(yù)偏置，并設(shè)有齊納鉗位用于引腳保護(hù)。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的噪聲。不建議輸入脈沖寬度低于1μs。
2. VFO（故障輸出，引腳12）：當(dāng)VDD引腳出現(xiàn)欠壓或ITRIP引腳觸發(fā)過流檢測時，該引腳指示模塊故障。需要外部上拉電阻。
3. NTC（熱敏電阻，引腳15）：可直接訪問熱敏電阻，參考電壓為VSS。連接到 +5V的外部上拉電阻可確保產(chǎn)生的電壓能直接連接到微控制器。
4. ITRIP（過流檢測功能，引腳13）：通過將ITRIP輸入與電機(jī)電流反饋相連，實現(xiàn)過流檢測功能。ITRIP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 = 530 ns）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(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。
5. VDD, VSS（低側(cè)控制電源和參考，引腳11, 14）：VDD是控制電源，為輸入邏輯和輸出功率級提供電源。輸入邏輯參考VSS地。欠壓電路在電源電壓至少達(dá)到典型值VDouy = 12.1V時使設(shè)備上電運(yùn)行。當(dāng)VDD電源電壓低于VDOUY = 10.4V時，IC會關(guān)閉所有柵極驅(qū)動器的功率輸出，防止外部功率開關(guān)在導(dǎo)通狀態(tài)下出現(xiàn)極低的柵極電壓，從而避免過度功耗。
6. VB(A, B)和VS(A, B)（高側(cè)電源，引腳3 - 6）：VB到VS是高側(cè)電源電壓，高側(cè)電路可跟隨外部高側(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)對相對于VSS的 -50V瞬態(tài)負(fù)電壓具有高魯棒性，確保在惡劣條件下設(shè)計的穩(wěn)定性。
7. NL（IGBT發(fā)射極，引腳17）：低側(cè)IGBT發(fā)射極可用于電流測量。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。
8. NH（二極管陽極，引腳18）：集成二極管的低側(cè)陽極相連。
9. 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。

四、電氣參數(shù)

（一）絕對最大額定值

在VDD = 15V和TJ = 25°C（除非另有說明）的條件下，各部分的絕對最大額定值如下：

1. 模塊部分：存儲溫度范圍為 -40°C至125°C，隔離測試電壓（RMS，f = 60Hz，t = 1min）為2000V，工作外殼溫度范圍為 -40°C至125°C。
2. 逆變器部分：最大阻斷電壓為600V，P - N之間的直流母線電源電壓為450V，P - N之間的直流母線電源電壓（浪涌）為500V，輸出電流為 -15A至15A，最大峰值輸出電流（TC = 25°C，小于1ms）為 -30A至30A，短路耐受時間（VDC ≤ 400V，TJ = 150°C）為5μs，每個IGBT的功耗為65.7W，工作結(jié)溫范圍為 -40°C至150°C，單IGBT結(jié) - 殼熱阻為1.90 K/W，單二極管結(jié) - 殼熱阻為3.48 K/W。
3. 控制部分：模塊電源電壓為 -1V至20V，高側(cè)浮動電源電壓（VB vs. VS）為 -1V至20V，輸入電壓（LIN, HIN, ITRIP）為 -1V至10V，開關(guān)頻率為20kHz。

（二）推薦操作條件

所有電壓均為相對于Vss電位的絕對電壓（除非另有說明）。推薦的操作條件包括：P - N之間的直流母線電源電壓為0至400V，高側(cè)浮動電源電壓（VB vs. VS）為13.5至18.5V，低側(cè)電源電壓為14.5至18.5V，控制電源變化為 -1至1V/μs，邏輯輸入電壓（LIN, HIN, ITRIP）為0至5V，VSS - N之間（包括浪涌）為 -5至5V。

（三）靜態(tài)參數(shù)

在VDD = 15V和TJ = 25°C（除非另有說明）的條件下，靜態(tài)參數(shù)包括集電極 - 發(fā)射極飽和電壓、二極管正向電壓、集電極 - 發(fā)射極泄漏電流、邏輯“1”和“0”輸入電壓、ITRIP正向閾值、ITRIP輸入滯后、VDD和VBS電源欠壓正向和負(fù)向閾值、輸入鉗位電壓、靜態(tài)VBx和VDD電源電流、輸入偏置電流等。

（四）動態(tài)參數(shù)

同樣在VDD = 15V和TJ = 25°C（除非另有說明）的條件下，動態(tài)參數(shù)包括導(dǎo)通傳播延遲時間、導(dǎo)通上升時間、導(dǎo)通開關(guān)時間、反向恢復(fù)時間、關(guān)斷傳播延遲時間、關(guān)斷下降時間、關(guān)斷開關(guān)時間、短路傳播延遲時間、輸入濾波時間、故障清除時間、IGBT導(dǎo)通和關(guān)斷能量、二極管恢復(fù)能量等。

（五）自舉參數(shù)

在TJ = 25°C（除非另有說明）的條件下，自舉參數(shù)包括重復(fù)峰值反向電壓、自舉二極管電阻、反向恢復(fù)時間、正向電壓降等。

五、熱敏電阻特性

熱敏電阻在TNTC = 25°C時的電阻為85 kΩ，NTC的B常數(shù)（25/100）為4092 K。文檔中還給出了熱敏電阻電阻 - 溫度曲線和表格（如圖7所示），方便工程師根據(jù)溫度來確定熱敏電阻的阻值。

六、機(jī)械特性與額定值

（一）安裝扭矩

M3螺絲和墊圈的安裝扭矩為0.49至0.78 Nm。

（二）平整度

平整度范圍為 -50至100 μm。

（三）重量

模塊重量為6.84 g。

七、典型應(yīng)用電路與開關(guān)時間定義

（一）典型應(yīng)用電路

文檔給出了典型應(yīng)用電路（如圖9所示），包括與微控制器的連接、過流保護(hù)信號、電流傳感和溫度監(jiān)測等部分。

（二）開關(guān)時間定義

明確了開關(guān)時間的定義（如圖10所示），包括導(dǎo)通和關(guān)斷傳播延遲時間、上升和下降時間、開關(guān)時間等，有助于工程師進(jìn)行電路設(shè)計和性能評估。

八、總結(jié)

英飛凌的CIPOS? IKCM15R60GD功率模塊憑借其先進(jìn)的技術(shù)、豐富的集成功能和良好的電氣性能，為雙相開關(guān)磁阻驅(qū)動應(yīng)用提供了一個可靠的解決方案。電子工程師在設(shè)計相關(guān)電路時，可以根據(jù)其詳細(xì)的參數(shù)和特性進(jìn)行合理的選型和應(yīng)用，以實現(xiàn)高效、穩(wěn)定的系統(tǒng)設(shè)計。

大家在使用這款模塊的過程中，有沒有遇到什么特別的問題或者有什么獨特的應(yīng)用經(jīng)驗?zāi)?？歡迎在評論區(qū)分享交流。