英飛凌CIPOS? Micro IM241系列IPM模塊：高效電機(jī)驅(qū)動新選擇

在電子工程師的日常設(shè)計工作中，為家電電機(jī)驅(qū)動尋找高效可靠的解決方案是一項(xiàng)常見任務(wù)。英飛凌的CIPOS? Micro IM241系列智能功率模塊（IPM），就是這樣一款值得關(guān)注的產(chǎn)品。接下來，我們就深入了解一下這款模塊。

文件下載：IM241S6S1BAUMA1.pdf

產(chǎn)品概述

IM241 - S6是一款三相智能功率模塊，專為如風(fēng)扇和泵等高效家電電機(jī)驅(qū)動而設(shè)計。它有快速和慢速兩種速度可供選擇，分別適用于低損耗和低電磁干擾（EMI）運(yùn)行。

產(chǎn)品特性

• 集成度高：包含600V三相逆變器，集成了柵極驅(qū)動器和自舉功能。
• 優(yōu)化的IGBT：采用專為電機(jī)驅(qū)動優(yōu)化的第二代反向?qū)↖GBT（RCD2）。
• 溫度監(jiān)測：具備溫度監(jiān)測功能，可實(shí)時了解模塊溫度。
• 精確的過流保護(hù)：過流關(guān)斷精度達(dá)到±5%，能有效保護(hù)模塊。
• 故障報告與清除：支持故障報告和可編程故障清除功能。
• 先進(jìn)的輸入濾波器：帶有直通保護(hù)功能，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。
• 優(yōu)化的dV/dt：在損耗和EMI之間實(shí)現(xiàn)了良好的平衡。
• 開放發(fā)射極：便于進(jìn)行單分流和橋臂分流電流檢測。
• 邏輯兼容性：與3.3V邏輯兼容。
• 電氣隔離：具備2000VRMS、1min的隔離能力。

潛在應(yīng)用

該模塊主要應(yīng)用于風(fēng)扇和泵等家電設(shè)備，能夠?yàn)檫@些設(shè)備提供高效穩(wěn)定的驅(qū)動。

產(chǎn)品驗(yàn)證

通過了JEDEC47/20/22相關(guān)測試，符合工業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

技術(shù)細(xì)節(jié)

內(nèi)部電氣原理圖

從內(nèi)部電氣原理圖可以看到，該模塊包含多個關(guān)鍵部分，如VSS、VB(U)、VDD1等引腳，它們共同構(gòu)成了模塊的電氣結(jié)構(gòu)。這些引腳的合理布局和連接，確保了模塊的正常運(yùn)行。

引腳配置

1. 引腳分配：詳細(xì)的引腳分配表列出了每個引腳的名稱和功能，例如VSS為邏輯地，VB(U)為U相高端浮動IC電源電壓等。
2. 引腳描述
   • 高低側(cè)控制引腳（HIN(U, V, W)和LIN(U, V, W)）：采用正邏輯，負(fù)責(zé)控制集成IGBT。內(nèi)部提供約800kΩ的下拉電阻和ESD二極管，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。
   • 高端電源引腳（VB(U, V, W)和VS(U, V, W)）：VB到VS為高端電源電壓，高端電路可隨外部高端功率器件源電壓相對于Vss浮動。噪聲濾波器可抑制低于濾波時間TFILIN的控制脈沖。
   • 低端控制電源和參考引腳（VDDx、Vss）：VDD為控制電源，為輸入邏輯和輸出功率級提供電源。欠壓電路確保在電源電壓達(dá)到典型值11.1V時設(shè)備正常啟動，當(dāng)VDD低于10.9V時，IC會關(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)下出現(xiàn)過低柵極電壓和過度功耗。
   • 低端發(fā)射極引腳（NU、NV、NW）：可用于各相橋臂的電流測量，建議將其與Vss引腳的連接盡量縮短，以避免不必要的電感電壓降。
   • 熱敏電阻輸出引腳（VTH）：模塊集成了UL認(rèn)證的NTC電阻，一端連接Vss，另一端連接VTH。通過電阻上拉到如VDD或3.3V的電源軌，VTH引腳可提供與熱敏電阻溫度對應(yīng)的模擬電壓信號。
   • 多功能引腳（RFE）：集RCIN或基于RC網(wǎng)絡(luò)的可編程故障清除定時器、故障輸出和使能輸入三種功能于一體。正常工作時，RRcIN將RFE引腳拉至3.3V，使能IPM的所有功能；微控制器可將該引腳拉低以禁用IPM功能。當(dāng)VDD出現(xiàn)欠壓或TRIP引腳電壓高于VIT,TH+時，IPM可通過將RFE引腳拉低向微控制器報告故障。可編程故障清除定時器功能可在故障條件消失后的預(yù)設(shè)時間（TFLT - CLR）自動重新啟用模塊運(yùn)行。

絕對最大額定值

• 模塊：存儲溫度范圍為 - 40 ~ 150°C，工作外殼溫度范圍為 - 40 ~ 125°C，工作結(jié)溫范圍為 - 40 ~ 150°C，隔離測試電壓為2000V（1min，RMS，f = 60Hz）。
• 逆變器：最大阻斷電壓為600V，輸出電流（TC = 25°C）為2A，峰值輸出電流（TC = 25°C，tp < 1ms）為3A，每個IGBT的峰值功耗（TC = 25°C）為9W，短路耐受時間（VDD = 15V，VDC ≤ 400V，TJ = 150°C）為3μs，允許的短路次數(shù) < 1000，短路間隔時間 ≥ 1s。
• 控制：低端控制電源電壓范圍為 - 0.3 ~ 20V，輸入電壓（LIN、HIN、ITRIP、RFE）范圍為 - 0.3 ~ VDD V，高端浮動電源電壓（VB參考VS）范圍為 - 0.3 ~ 20V。

熱特性

給出了單個IGBT和單個二極管的結(jié) - 殼熱阻參數(shù)，如低端V相IGBT的熱阻典型值為13.6K/W，低端V相二極管的熱阻典型值為15.4K/W。

推薦工作條件

包括正直流母線輸入電壓、低端控制電源電壓、高端浮動電源電壓、輸入電壓、PWM載波頻率、外部死區(qū)時間、VSS與N(U,V,W)之間的電壓以及最小輸入脈沖寬度等參數(shù)。

靜態(tài)參數(shù)

1. 逆變器：規(guī)定了集電極 - 發(fā)射極飽和電壓、集電極發(fā)射極漏電流、二極管正向電壓等參數(shù)在不同條件下的取值。
2. 控制：涵蓋邏輯“1”和“0”輸入電壓、VDD/VBS電源欠壓閾值、RFE和ITRIP閾值、輸入偏置電流等參數(shù)。

動態(tài)參數(shù)

1. 逆變器：給出了輸入到輸出的導(dǎo)通和關(guān)斷傳播延遲、導(dǎo)通和關(guān)斷上升/下降時間、開關(guān)時間、開關(guān)能量、二極管反向恢復(fù)能量和時間等參數(shù)。不同類型（B型和J型）的模塊在這些參數(shù)上可能會有所差異。
2. 控制：包括輸入濾波時間、內(nèi)部死區(qū)時間和同一相高低側(cè)匹配傳播延遲時間等參數(shù)。

熱敏電阻特性

提供了熱敏電阻在不同溫度下的電阻值、B常數(shù)以及溫度范圍等信息，并給出了熱敏電阻電阻 - 溫度曲線。

機(jī)械特性和額定值

包括比較跟蹤指數(shù)、模塊背面曲率、安裝扭矩和重量等參數(shù)。

資格信息

該模塊獲得了UL認(rèn)證，SOP 29x12封裝的模塊具有MSL3防潮等級，符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)，ESD人體模型為1C，電荷放電模型為C3。

應(yīng)用指南

典型應(yīng)用原理圖

展示了模塊在實(shí)際應(yīng)用中的連接方式，包括與三相交流電機(jī)、微控制器等的連接。

TJ vs TTH關(guān)系

給出了無散熱器和有散熱器（Rth, c - amb = 7 K/W）情況下TJ與TTH的典型相關(guān)性曲線，為工程師在設(shè)計散熱方案時提供參考。

-Vs抗擾性

給出了集成柵極驅(qū)動器的負(fù)瞬態(tài)Vs安全工作區(qū)曲線，有助于工程師了解模塊在負(fù)電壓情況下的性能。

總結(jié)

英飛凌CIPOS? Micro IM241系列IPM模塊憑借其豐富的特性和良好的性能，為家電電機(jī)驅(qū)動設(shè)計提供了一個可靠的解決方案。電子工程師在設(shè)計相關(guān)產(chǎn)品時，可以充分利用該模塊的優(yōu)勢，同時結(jié)合具體應(yīng)用需求，合理選擇和配置模塊的參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)。你在使用類似模塊時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享。