CIPOS? Tiny IM393 - S6E：高效電機(jī)驅(qū)動IPM的全方位解析

在當(dāng)今的家電和小型工業(yè)設(shè)備中，電機(jī)驅(qū)動的高效性和可靠性至關(guān)重要。CIPOS? Tiny IM393 - S6E作為一款集成功率混合IC，為高級家電電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用帶來了卓越的解決方案。今天，我們就來深入了解這款產(chǎn)品。

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1. 產(chǎn)品概述

IM393 - S6E是一款適用于節(jié)能風(fēng)扇、水泵等高級家電電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用的6A、600V集成功率混合IC。它將英飛凌最新的低(V_{CE(on)})溝槽IGBT技術(shù)與行業(yè)標(biāo)桿的三相高壓、高速驅(qū)動器集成在一個完全隔離的熱增強(qiáng)封裝中，提供了極為緊湊且高性能的交流電機(jī)驅(qū)動器，大幅簡化了設(shè)計流程。

2. 產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

綜合集成設(shè)計

• 集成柵極驅(qū)動器與自舉功能：集成的柵極驅(qū)動器能夠有效控制IGBT，自舉功能則保障了高側(cè)電路的正常供電，使得電路設(shè)計更加簡潔高效。
• 溫度監(jiān)測：內(nèi)置的高精度溫度監(jiān)測功能，可實(shí)時監(jiān)控模塊溫度，為系統(tǒng)的穩(wěn)定性提供保障。當(dāng)溫度異常時，能及時采取措施，避免因過熱導(dǎo)致的故障。
• 保護(hù)停機(jī)引腳：一旦出現(xiàn)異常情況，如過流、過溫等，保護(hù)停機(jī)引腳可迅速切斷電源，保護(hù)模塊和其他元件免受損壞。

先進(jìn)的IGBT技術(shù)

采用低(V_{CE(on)})溝槽IGBT技術(shù)，在導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗之間實(shí)現(xiàn)了最佳平衡，提高了能源轉(zhuǎn)換效率。這種技術(shù)使得模塊在工作時能夠減少能量損耗，降低發(fā)熱，提高整體性能。

全面的保護(hù)機(jī)制

• 欠壓鎖定：所有通道都具備欠壓鎖定功能，當(dāng)電源電壓低于設(shè)定閾值時，自動關(guān)閉模塊，防止因低電壓導(dǎo)致的異常工作。
• 交叉導(dǎo)通防止邏輯：有效避免同一逆變相的高側(cè)和低側(cè)開關(guān)同時導(dǎo)通，減少短路風(fēng)險，提高系統(tǒng)的可靠性。
• 隔離性能：具備2000VRMs的最低隔離電壓和(CTI > 600)的耐漏電起痕指數(shù)，且通過了UL認(rèn)證（文件編號E314539），確保了電氣安全。

3. 引腳配置與功能詳解

引腳分配

引腳功能詳述

• HIN(U, V, W)和LIN(U, V, W)：正邏輯控制引腳，負(fù)責(zé)集成IGBT的控制。具有施密特觸發(fā)輸入閾值，可確保與3.3V控制器輸出的LSTTL和CMOS兼容性。內(nèi)部提供約4kΩ的下拉電阻和ESD保護(hù)二極管，同時具備輸入施密特觸發(fā)器和噪聲濾波器，可抑制短輸入脈沖噪聲。此外，集成柵極驅(qū)動器還具備防止直通的能力，典型的最小死區(qū)時間插入約為275ns，可減少外部功率開關(guān)的交叉導(dǎo)通。
• VDD和COM：VDD是低側(cè)控制電源，為輸入邏輯和輸出功率級供電。輸入邏輯以COM為參考地。當(dāng)VDD電源電壓達(dá)到典型值(V{DDUY +}=10.4V)時，欠壓電路使器件開始工作；當(dāng)VDD低于(V{DDUy -}=9.4V)時，IC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)下因柵極電壓過低而產(chǎn)生過大的功率損耗。
• (V{B(U, V, W)})和(V{S(U, V, W)})：高側(cè)電源，(V{B})到(V{S})是高側(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COM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 +}=10.41V)，下降閾值為(V{BSUV}=9.4V)。(V_{S(U, V, W)})對COM的負(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。
• N(U, V, W)：低側(cè)發(fā)射極，可用于各相電流測量。建議將其與COM引腳的連接盡可能短，以避免不必要的電感電壓降。
• VTH：集成了經(jīng)過UL認(rèn)證的NTC熱敏電阻，芯片的一端連接到COM，另一端連接到VTH。當(dāng)通過電阻上拉到VDD或3.3V等軌電壓時，VTH引腳提供與熱敏電阻溫度對應(yīng)的模擬電壓信號。
• RFE：集成了三種功能。在正常工作條件下，(R{acin})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)出現(xiàn)VDD欠壓或ITRIP引腳電壓超過(V{IT,TH +})時，RFE引腳拉低以報告故障?？?a href="http://m.sdkjxy.cn/v/tag/1315/" target="_blank">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（(T{FLT - CLR})）自動重新啟用模塊操作，(T{FLT - CLR})可通過公式[T{FLT - CLR}=-R{RCIN}C_{RCIN} ln (1 - V{IN,TH +}/ 3.3V)]計算。同時，為確保在過流事件時(C{RCIN})能完全放電，需對其進(jìn)行最小化處理，最大(C{RCIN})可通過公式[C{RCIN}<350 ns / (-ln (V{IN, TH -}/ 3.3V) * R{RFEON})]計算。建議使用的(R{RCIN})范圍在0.5MΩ至2MΩ之間。

4. 電氣特性與參數(shù)

絕對最大額定值

靜態(tài)參數(shù)

• 逆變器：在(V{BIAS}(V{DD}, V{BS(U, V, W)}) = 15V)，(T{J}=25°C)的條件下，如集電極 - 發(fā)射極飽和電壓(V{CE(ON)})，當(dāng)(I{C}=3A)時，典型值為1.5V；當(dāng)(I{C}=3A)，(T{J}=150°C)時，典型值為1.7V。
• 控制：邏輯“1”輸入電壓(V{IN,TH +})典型值為2.5V，邏輯“0”輸入電壓(V{IN,TH -})最大值為0.8V。(V{DD}/V{BS})電源欠壓正閾值典型值為10.4V，負(fù)閾值典型值為9.4V。

動態(tài)參數(shù)

• 逆變器：在(V{BIAS}(V{DD}, V{BS(U, V, W)}) = 15V)，(T{J}=25°C)的條件下，輸入到輸出導(dǎo)通傳播延遲典型值為1.15us，關(guān)斷傳播延遲典型值也為1.15us。
• 控制：輸入濾波器時間（RFE），在不同條件下有不同的典型值和最大值，匹配傳播延遲時間在外部死區(qū)時間大于420ns時有相應(yīng)要求。

熱特性

單個IGBT的結(jié) - 殼熱阻(R{TH(J - C)})典型值為5.8°C/W，單個二極管的結(jié) - 殼熱阻(R{TH(J - C)D})典型值為6.6°C/W。

5. 潛在應(yīng)用領(lǐng)域

IM393 - S6E具有廣泛的應(yīng)用前景，可用于洗衣機(jī)、空調(diào)、冰箱、風(fēng)扇、洗碗機(jī)等家電設(shè)備，以及低功率電機(jī)驅(qū)動領(lǐng)域。在這些應(yīng)用中，其高效、可靠的性能能夠滿足設(shè)備對電機(jī)控制的要求，提高設(shè)備的整體效率和穩(wěn)定性。

6. 應(yīng)用注意事項(xiàng)

典型應(yīng)用電路

在設(shè)計應(yīng)用電路時，需要注意以下幾點(diǎn)：

• 輸入電路：使用RC濾波器（如100Ω、1nF）降低輸入信號噪聲，電容應(yīng)靠近CIPOS? Tiny放置，特別是靠近COM端子。
• Itrip電路：為防止保護(hù)功能誤動作，建議使用RC濾波器，電容應(yīng)靠近Itrip和COM端子。
• VTH電路：通過合適的電阻將該端子上拉到5V/3.3V的偏置電壓，以定義適合溫度監(jiān)測的電壓。建議在靠近控制器處放置RC濾波器。
• VB - VS電路：高側(cè)浮動電源電壓的電容應(yīng)靠近VB和VS端子放置，強(qiáng)烈建議增加典型值為0.1mF的高頻電容，同時應(yīng)盡量減少電機(jī)和自舉電容的布線重疊。
• 緩沖電容：CIPOS? Tiny、緩沖電容和分流電阻之間的布線應(yīng)盡可能短。
• 分流電阻：強(qiáng)烈建議使用SMD型分流電阻，以最小化其內(nèi)部雜散電感。
• 接地模式：應(yīng)盡量減少功率接地和信號接地的布線重疊，僅在分流電阻的公共端連接兩種接地模式，以確保電位相同。
• COM模式：兩個COM端子應(yīng)連接在一起。
• RFE電路：設(shè)置故障清除時間的R和C參數(shù)可參考相關(guān)電路圖。由于其為開漏結(jié)構(gòu)，該R電阻對于故障輸出報告功能也是必需的。
• P模式：兩個P端子應(yīng)連接在一起。

性能與溫度關(guān)系

最大工作電流安全工作區(qū)（SOA）會根據(jù)實(shí)際工作條件有所變化。典型的(T{J})與(T{TH})相關(guān)性圖表（正弦調(diào)制，(V{DC}=300V)，(I{phase}=5A{rms})，(f{sw}=16kHz)，(f{mod}=50Hz)，(MI = 0.8)，(PF = 0.6)）可幫助我們了解模塊在不同工作條件下的溫度變化情況，從而合理設(shè)計散熱系統(tǒng)。同時，負(fù)瞬態(tài)(V{s})安全工作區(qū)圖表可幫助我們評估集成柵極驅(qū)動器在負(fù)電壓情況下的性能。

7. 總結(jié)

CIPOS? Tiny IM393 - S6E以其集成度高、性能優(yōu)越、保護(hù)功能完善等特點(diǎn)，為家電和低功率電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用提供了優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師需根據(jù)具體的應(yīng)用需求和工作條件，合理選擇參數(shù)，優(yōu)化電路設(shè)計，以充分發(fā)揮該模塊的性能優(yōu)勢。大家在使用過程中是否遇到過類似產(chǎn)品的一些特殊問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。