探索CIPOS? Tiny IM393 - S6E：高效電機(jī)驅(qū)動的理想之選

在電子工程師的日常工作中，為各類應(yīng)用選擇合適的功率模塊至關(guān)重要。今天，我們就來深入了解一款專為高級家電電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用設(shè)計的集成功率混合IC——CIPOS? Tiny IM393 - S6E。

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一、產(chǎn)品概述

IM393 - S6E是一款6A、600V的集成功率混合IC，具有開放發(fā)射極引腳，適用于節(jié)能風(fēng)扇和泵等高級家電電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用。英飛凌的這項(xiàng)技術(shù)在單個隔離封裝中提供了極其緊湊、高性能的交流電機(jī)驅(qū)動器，大大簡化了設(shè)計流程。

它結(jié)合了英飛凌最新的低VCE(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，同時集成了業(yè)界領(lǐng)先的三相高壓、高速驅(qū)動器（兼容3.3V），采用完全隔離的熱增強(qiáng)封裝。內(nèi)置的高精度溫度監(jiān)測和過流保護(hù)功能，以及短路額定IGBT和集成欠壓鎖定功能，確保了高水平的保護(hù)和故障安全運(yùn)行。使用具有全傳遞模塑結(jié)構(gòu)的雙列直插式封裝，解決了與散熱器的隔離問題。

二、產(chǎn)品特性

1. 集成功能

• 集成柵極驅(qū)動器和自舉功能：簡化了電路設(shè)計，提高了系統(tǒng)的可靠性。
• 溫度監(jiān)測：內(nèi)置高精度溫度監(jiān)測器，可實(shí)時監(jiān)控模塊溫度。
• 保護(hù)關(guān)斷引腳：在出現(xiàn)異常情況時，可快速關(guān)斷模塊，保護(hù)設(shè)備安全。

2. 先進(jìn)技術(shù)

• 低VCE(on)溝槽IGBT技術(shù)：降低導(dǎo)通損耗，提高效率。
• 欠壓鎖定功能：所有通道均具備欠壓鎖定功能，確保在電壓不穩(wěn)定時模塊正常工作。
• 匹配的傳播延遲：所有通道的傳播延遲匹配，保證了信號的同步性。

3. 輸入邏輯與保護(hù)

• 3.3V施密特觸發(fā)輸入邏輯：兼容3.3V控制器輸出，提高了系統(tǒng)的兼容性。
• 交叉導(dǎo)通預(yù)防邏輯：避免同一逆變器相位的高側(cè)和低側(cè)開關(guān)同時導(dǎo)通，減少短路風(fēng)險。

4. 隔離與認(rèn)證

• 高隔離性能：最小隔離電壓為2000VRMs，CTI > 600，確保了電氣安全。
• UL認(rèn)證：獲得UL認(rèn)證（文件編號：E314539），證明了產(chǎn)品的可靠性和安全性。

三、潛在應(yīng)用

IM393 - S6E的應(yīng)用范圍廣泛，涵蓋了眾多家電和低功率電機(jī)驅(qū)動領(lǐng)域，包括：

• 洗衣機(jī)：為洗衣機(jī)的電機(jī)提供高效驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的洗滌和脫水功能。
• 空調(diào)：用于空調(diào)壓縮機(jī)和風(fēng)機(jī)的驅(qū)動，提高空調(diào)的能效和性能。
• 冰箱：確保冰箱壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，降低能耗。
• 風(fēng)扇：為各類風(fēng)扇提供高效、安靜的驅(qū)動。
• 洗碗機(jī)：驅(qū)動洗碗機(jī)的水泵和電機(jī)，實(shí)現(xiàn)高效的清洗功能。
• 低功率電機(jī)驅(qū)動：適用于各種低功率電機(jī)的驅(qū)動應(yīng)用。

四、產(chǎn)品驗(yàn)證

該產(chǎn)品通過了JEDEC47/20/22的相關(guān)測試，符合工業(yè)應(yīng)用的要求，為工程師在工業(yè)環(huán)境中使用提供了可靠的保障。

五、電氣特性與參數(shù)

1. 內(nèi)部電氣原理圖

內(nèi)部電氣原理圖展示了模塊的電路結(jié)構(gòu)，為工程師進(jìn)行電路設(shè)計和分析提供了基礎(chǔ)。

2. 引腳配置

• 引腳分配：詳細(xì)說明了每個引腳的名稱和功能，如P為正母線輸入電壓，VS(W)為W相高側(cè)浮動電源偏移電壓等。
• 引腳描述：對每個引腳的具體作用和工作原理進(jìn)行了詳細(xì)解釋。例如，HIN(U, V, W)和LIN(U, V, W)為高側(cè)和低側(cè)控制引腳，采用正邏輯控制集成IGBT；VDD和COM為低側(cè)控制電源和參考，VDD為控制電源，為輸入邏輯和輸出功率級提供電力；VB(U, V, W)和VS(U, V, W)為高側(cè)電源，高側(cè)電路可隨外部高側(cè)功率器件發(fā)射極電壓浮動；N(U, V, W)為低側(cè)發(fā)射極，可用于各相電流測量；VTH為熱敏電阻引腳，通過電阻上拉至電源電壓，提供與熱敏電阻溫度對應(yīng)的模擬電壓信號；RFE引腳集成了RCIN、故障輸出和使能輸入三種功能。

3. 絕對最大額定值

• 模塊：工作結(jié)溫范圍為 - 40 ~ 150°C，工作殼溫范圍為 - 40 ~ 125°C，存儲溫度范圍為 - 40 ~ 125°C，隔離測試電壓為2000V（AC RMS，1分鐘，60Hz）。
• 逆變器：阻斷電壓為600V，P - N直流母線供電電壓為450V，P - N直流母線供電電壓（浪涌）為500V，輸出電流為±6A（TC = 25°C，TJ < 150°C），峰值輸出電流為±9A（TC = 25°C，TJ < 150°C，小于1ms），每個IGBT的功率損耗為18W，短路耐受時間為3μs（TJ < 150°C，VDC = 360V，VGE = 15V）。
• 控制：邏輯電源電壓范圍為 - 0.3 ~ 20V，輸入電壓范圍為 - 0.3 ~ 20V，高側(cè)浮動電源電壓范圍為 - 0.3 ~ 20V。

4. 熱特性

• 單個IGBT的結(jié) - 殼熱阻典型值為5.8°C/W，最大值為6.8°C/W。
• 單個二極管的結(jié) - 殼熱阻典型值為6.6°C/W，最大值為7.7°C/W。

5. 推薦工作條件

為了確保模塊的正常運(yùn)行，建議在以下條件下使用：正直流母線輸入電壓不超過450V，低側(cè)控制電源電壓為13.5 ~ 16.5V，高側(cè)浮動電源電壓為12.5 ~ 17.5V，輸入電壓為0 ~ 5V，PWM載波頻率為20kHz，COM和N之間的電壓（包括浪涌）為 - 5 ~ 5V，HIN和LIN之間的外部死區(qū)時間為1μs，輸入脈沖寬度為1μs。

6. 靜態(tài)參數(shù)

• 逆變器：集電極 - 發(fā)射極飽和電壓在IC = 3A時，典型值為1.5V，最大值為1.95V；集電極 - 發(fā)射極泄漏電流在VIN = 0V，VCE = 600V時，典型值為10μA，最大值為80μA；二極管正向電壓降在IC = 3A時，典型值為1.5V，最大值為1.95V。
• 控制：邏輯“1”輸入電壓為2.5V，邏輯“0”輸入電壓為0.8V，VDD / VBS電源欠壓正向閾值為9.6 ~ 11.2V，負(fù)向閾值為8.6 ~ 10.2V，欠壓鎖定遲滯為1V，靜態(tài)VBS電源電流最大值為150μA，靜態(tài)VDD電源電流最大值為3.2mA，偏移電源泄漏電流最大值為50μA，LIN、HIN的輸入偏置電流在VIN = 3.3V時，典型值為825μA，最大值為1110μA，RFE的輸入偏置電流在VREF = 3.3V時，最大值為1μA，ITRIP的輸入偏置電流在VITRIP = 3.3V時，典型值為4μA，最大值為16μA，ITRIP閾值電壓為0.44 ~ 0.54V，ITRIP輸入遲滯為0.07V，自舉電阻典型值為200Ω，RFE低導(dǎo)通電阻為50 ~ 100Ω。

7. 動態(tài)參數(shù)

• 逆變器：輸入到輸出的導(dǎo)通傳播延遲最大值為1.15μs，關(guān)斷傳播延遲、RFE低電平到六個開關(guān)關(guān)斷時間以及ITRIP到六個開關(guān)關(guān)斷傳播延遲等參數(shù)也有相應(yīng)規(guī)定；IGBT導(dǎo)通能量在TJ = 25°C時為90μJ，TJ = 150°C時為130μJ，關(guān)斷能量在VDC = 300V，IC = 3A，TJ = 25°C時為30μJ，TJ = 150°C時為45μJ，二極管反向恢復(fù)能量在TJ = 25°C時為15μJ，反向偏置安全工作區(qū)在TJ = 150°C，IC = 12A，VP = 600V，VDC = 450V，VDD = +15V到0V時為全方形。
• 控制：輸入濾波時間（HIN、LIN、ITRIP）典型值為350ns，RFE的輸入濾波時間為100 ~ 200ns，ITRIP到故障傳播延遲為400 ~ 800ns，內(nèi)部注入死區(qū)時間為190 ~ 420ns，所有通道的匹配傳播延遲時間（導(dǎo)通和關(guān)斷）最大值為50ns。

8. 熱敏電阻特性

熱敏電阻在25°C時的電阻值為44.65 ~ 49.35kΩ，125°C時為1.27 ~ 1.56kΩ，B常數(shù)為3989 ~ 4111K，溫度范圍為 - 40 ~ 125°C。

六、機(jī)械特性與評級

• 熱阻：殼 - 散熱器熱阻典型值為0.25°C/W。
• 比較跟蹤指數(shù)：CTI為600V。
• 模塊背面曲率：最大值為150μm。
• 安裝扭矩：使用M3螺絲和墊圈時，安裝扭矩為0.6 ~ 0.8Nm。
• 重量：約為6.0g。

七、應(yīng)用指南

1. 典型應(yīng)用原理圖

詳細(xì)介紹了輸入電路、Itrip電路、VTH電路、VB - VS電路、緩沖電容器、分流電阻、接地模式、COM模式、RFE電路和P模式等各個部分的設(shè)計要點(diǎn)。例如，輸入電路可使用RC濾波器減少輸入信號噪聲，電容器應(yīng)靠近CIPOS? Tiny放置；Itrip電路為防止保護(hù)功能誤操作，建議使用RC濾波器，電容器應(yīng)靠近Itrip和COM端子；VTH端子應(yīng)通過適當(dāng)電阻上拉至5V/3.3V偏置電壓，以實(shí)現(xiàn)溫度監(jiān)測；VB - VS電路中，高側(cè)浮動電源電壓的電容器應(yīng)靠近VB和VS端子放置，并建議添加額外的高頻電容器；緩沖電容器、CIPOS? Tiny和分流電阻之間的布線應(yīng)盡可能短；建議使用SMD型分流電阻以減少內(nèi)部雜散電感；應(yīng)盡量減少功率地和信號地的圖案重疊，僅在分流電阻的公共端連接；兩個COM端子應(yīng)連接在一起；RFE電路應(yīng)根據(jù)故障清除時間設(shè)置R和C參數(shù)，R對于故障輸出報告功能也是必需的；兩個P端子應(yīng)連接在一起。

2. 性能圖表

提供了最大工作電流SOA圖，展示了產(chǎn)品在典型特性下的最大工作電流范圍，但實(shí)際工作情況可能會因用戶的實(shí)際操作條件而有所不同。

3. Tj與Tth關(guān)系

給出了典型的Tj與Tth相關(guān)性圖表，展示了在特定條件下（正弦調(diào)制，VDC = 300V，Iphase = 5Arms，fsw = 16kHz，fmod = 50Hz，MI = 0.8，PF = 0.6）的溫度關(guān)系。

4. - Vs抗擾度

展示了集成柵極驅(qū)動器的負(fù)瞬態(tài)Vs安全工作區(qū)圖，幫助工程師了解模塊在負(fù)電壓情況下的性能。

八、總結(jié)

CIPOS? Tiny IM393 - S6E憑借其豐富的功能、高性能和高可靠性，為家電電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用提供了一個優(yōu)秀的解決方案。電子工程師在設(shè)計相關(guān)電路時，可以根據(jù)產(chǎn)品的電氣特性、參數(shù)和應(yīng)用指南，合理選擇和使用該模塊，以實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)。同時，在實(shí)際應(yīng)用中，還需要根據(jù)具體的應(yīng)用場景和要求，對電路進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化和調(diào)整。你在使用類似模塊時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。