探索CIPOS? Tiny IM393 - M6F：高性能集成功率模塊的卓越之選
探索CIPOS? Tiny IM393 - M6F：高性能集成功率模塊的卓越之選
在電子工程師的日常工作中，為各類應(yīng)用尋找合適的功率模塊是一項至關(guān)重要的任務(wù)。今天，我們將深入探討英飛凌的CIPOS? Tiny IM393 - M6F，這是一款專為先進家電電機驅(qū)動應(yīng)用設(shè)計的10A、600V集成功率混合IC，它以其獨特的性能和特性，為高效節(jié)能風(fēng)扇、水泵等應(yīng)用提供了理想的解決方案。
產(chǎn)品概述
IM393 - M6F采用了英飛凌最新的低VCE(on)溝槽IGBT技術(shù)，結(jié)合行業(yè)領(lǐng)先的三相高壓高速驅(qū)動器，集成于一個完全隔離的熱增強封裝中。這種設(shè)計不僅實現(xiàn)了極高的功率密度，還簡化了設(shè)計流程。內(nèi)置的高精度溫度監(jiān)測和過流保護功能，以及短路額定IGBT和集成欠壓鎖定功能，確保了模塊的高可靠性和故障安全運行。同時，采用單直插式封裝和全轉(zhuǎn)移模結(jié)構(gòu)，有效解決了與散熱器的隔離問題。
潛在應(yīng)用領(lǐng)域
IM393 - M6F的應(yīng)用范圍廣泛，涵蓋了眾多家電和低功率電機驅(qū)動領(lǐng)域，如洗衣機、空調(diào)、冰箱、風(fēng)扇、洗碗機等。這些應(yīng)用場景對電機驅(qū)動的效率、可靠性和緊湊性都有較高的要求，而IM393 - M6F正好能夠滿足這些需求。你在實際項目中，是否也遇到過對電機驅(qū)動有類似要求的應(yīng)用場景呢？
產(chǎn)品特性詳解
集成功能
- 集成柵極驅(qū)動器和自舉功能：集成的柵極驅(qū)動器和自舉功能簡化了電路設(shè)計，減少了外部元件的使用，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)測功能，可實時監(jiān)測模塊溫度，確保系統(tǒng)在安全溫度范圍內(nèi)運行。
- 保護關(guān)閉引腳：提供保護關(guān)閉引腳，當出現(xiàn)過流、過溫等異常情況時，可迅速關(guān)閉模塊，保護系統(tǒng)安全。
先進技術(shù)
- 低VCE(on)溝槽IGBT技術(shù)：采用低VCE(on)溝槽IGBT技術(shù)，實現(xiàn)了導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗的最佳平衡，提高了系統(tǒng)效率。
- 欠壓鎖定功能：所有通道均具備欠壓鎖定功能，確保在電源電壓不穩(wěn)定時，模塊能夠正常工作。
- 匹配的傳播延遲：所有通道的傳播延遲匹配，保證了系統(tǒng)的同步性和穩(wěn)定性。
電氣特性
- 3.3V施密特觸發(fā)輸入邏輯：支持3.3V施密特觸發(fā)輸入邏輯，與低電壓控制器兼容，降低了系統(tǒng)功耗。
- 交叉導(dǎo)通防止邏輯：集成交叉導(dǎo)通防止邏輯，避免同一逆變器相的高側(cè)和低側(cè)開關(guān)同時導(dǎo)通，提高了系統(tǒng)的安全性。
- 高隔離性能：具備2000VRMs的最小隔離電壓和CTI > 600的比較跟蹤指數(shù)，確保了系統(tǒng)的電氣隔離和可靠性。
引腳配置與功能
引腳分配
| IM393 - M6F共有26個引腳，其中部分引腳為空引腳。各引腳的具體功能如下： | Pin | Name | Description |
|---|---|---|---|
| 1 | P | 正母線輸入電壓 | |
| 3 | VS(W) / W | W相高側(cè)浮動電源偏移電壓 / W相輸出 | |
| 4 | VB(W) | W相高側(cè)浮動電源電壓 | |
| 6 | VS(V) / V | V相高側(cè)浮動電源偏移電壓 / V相輸出 | |
| 7 | VB(V) | V相高側(cè)浮動電源電壓 | |
| 9 | VS(U) / U | U相高側(cè)浮動電源偏移電壓 / U相輸出 | |
| 10 | VB(U) | U相高側(cè)浮動電源電壓 | |
| 12 | VDD | 低側(cè)控制電源 | |
| 13 | VTH | 溫度監(jiān)測 | |
| 14, 15 | COM | 低側(cè)控制負電源 | |
| 16 | ITRIP | 過流保護輸入 | |
| 17 | RFE | RCIN / 故障 / 使能 | |
| 18 - 20 | HIN(U, V, W) | U、V、W相高側(cè)柵極驅(qū)動器輸入 | |
| 21 - 23 | LIN(U, V, W) | U、V、W相低側(cè)柵極驅(qū)動器輸入 | |
| 24 - 26 | N(U, V, W) | U、V、W相低側(cè)發(fā)射極 |
引腳功能詳解
- HIN(U, V, W)和LIN(U, V, W)：這些引腳為正邏輯，負責(zé)控制集成IGBT。內(nèi)部提供約4kΩ的下拉電阻，用于在電源啟動時預(yù)偏置輸入，并配備ESD二極管進行引腳保護。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。
- VDD和COM：VDD為低側(cè)控制電源，為輸入邏輯和輸出功率級提供電源。輸入邏輯以COM為參考地。欠壓電路確保在電源電壓達到典型值VDDUV + = 10.4V時，設(shè)備能夠正常啟動；當VDD電源電壓低于VDDUv - = 9.4V時，IC將關(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)過低的柵極電壓，從而避免過度功耗。
- VB(U, V, W)和VS(U, V, W)：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COM浮動。由于功耗較低，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 + = 10.41V，下降閾值為VBSUV = 9.4V。VS(U, V, W)對COM具有較高的負電壓耐受性，確保了在惡劣條件下的穩(wěn)定設(shè)計。
- N(U, V, W)：低側(cè)發(fā)射極可用于各相電流測量。為避免不必要的電感電壓降，建議將其與COM引腳的連接盡可能短。
- VTH：模塊內(nèi)集成了一個UL認證的NTC熱敏電阻，其一端連接到COM，另一端連接到VTH。當通過電阻上拉到VDD或3.3V等電源電壓時，VTH引腳可提供與熱敏電阻溫度對應(yīng)的模擬電壓信號。
- RFE：RFE引腳集成了RCIN（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。正常工作時，RcIN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。當出現(xiàn)VDD欠壓或ITRIP引腳電壓高于VIT,TH +時，RFE引腳將被拉低以報告故障?？删幊坦收锨宄〞r器功能可在故障條件消失后的預(yù)設(shè)時間（TFLT - CLR）自動重新啟用模塊操作。
電氣參數(shù)
絕對最大額定值
| 類別 | 參數(shù) | 符號 | 條件 | 值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|
| 模塊 | 工作結(jié)溫 | TJ | IGBT、二極管、HVIC | -40 ~ 150 | °C |
| 工作殼溫 | TC | -40 ~ 125 | °C | ||
| 儲存溫度 | TSTG | -40 ~ 125 | °C | ||
| 隔離測試電壓 | VISO | AC RMS，1分鐘，60Hz | 2000 | V | |
| 逆變器 | 阻斷電壓 | VCES | IGBT、二極管、HVIC | 600 | V |
| 直流母線電源電壓（P - N） | VPN | 施加于P和N之間 | 450 | V | |
| 直流母線電源電壓（浪涌）（P - N） | VPN(surge) | 施加于P和N之間 | 500 | V | |
| 輸出電流 | IO | TC = 25°C，TJ < 150°C | ±10 | A | |
| 峰值輸出電流 | IO(peak) | TC = 25°C，TJ < 150°C，小于1ms | ±15 | A | |
| 每個IGBT的功率損耗 | Ptot | 20 | W | ||
| 短路耐受時間 | TSC | TJ < 150°C，VDC = 360V，VGE = 15V | 3 | μs | |
| 控制 | 邏輯電源電壓 | VDD | -0.3 ~ 20 | V | |
| 輸入電壓 | VIN | LIN、HIN、ITRIP、RFE | -0.3 ~ 20 | V | |
| 高側(cè)浮動電源電壓（VB參考VS） | VBS(U,V,W) | -0.3 ~ 20 | V |
熱特性
| 參數(shù) | 符號 | 條件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 單個IGBT熱阻（結(jié) - 殼） | RTH(J - C) | 低側(cè)V相IGBT（TC測量點見圖6） | - | 5.3 | 6.1 | °C/W |
| 單個二極管熱阻（結(jié) - 殼） | RTH(J - C)D | 低側(cè)V相二極管（TC測量點見圖6） | - | 6.6 | 7.7 | °C/W |
推薦工作條件
| 為確保設(shè)備正常工作，應(yīng)在推薦條件下使用。所有電壓均相對于COM絕對參考，VS偏移在所有電源偏置為15V差分的情況下進行測試。 | 參數(shù) | 符號 | 條件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 正直流母線輸入電壓 | VDC | - | - | 450 | V | ||
| 低側(cè)控制電源電壓 | VDD | 13.5 | 15 | 16.5 | V | ||
| 高側(cè)浮動電源電壓 | VBS | 12.5 | 15 | 17.5 | V | ||
| 輸入電壓 | VIN | LIN、HIN、ITRIP、RFE | 0 | - | 5 | V | |
| PWM載波頻率 | FPWM | - | 20 | - | kHz | ||
| COM和N之間的電壓（包括浪涌） | VCOM | -5 | - | 5 | V | ||
| HIN和LIN之間的外部死區(qū)時間 | DT | 1 | - | - | μs | ||
| 輸入脈沖寬度 | PW IN(ON)、PW IN(OFF) | 1 | - | - | μs |
靜態(tài)參數(shù)
逆變器
| 參數(shù) | 符號 | 條件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 集電極 - 發(fā)射極飽和電壓 | VCE(ON) | IC = 5A | - | 1.5 | 1.9 | V |
| IC = 5A，TJ = 150°C | - | 1.7 | - | V | ||
| 集電極 - 發(fā)射極泄漏電流 | ICES | VIN = 0V，VCE = 600V | - | 10 | 80 | μA |
| VIN = 0V，VCE = 600V，TJ = 150°C | - | 80 | - | μA | ||
| 二極管正向電壓降 | VF | IC = 5A | - | 1.7 | 2.2 | V |
| IC = 5A，TJ = 150°C | - | 1.6 | - | V |
控制
| 參數(shù) | 符號 | 條件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 邏輯“1”輸入電壓 | VIN,TH + | LIN、HIN、RFE | 2.5 | - | - | V |
| 邏輯“0”輸入電壓 | VIN,TH - | LIN、HIN、RFE | - | - | 0.8 | V |
| VDD / VBS電源欠壓，正向閾值 | VDD,UV + 、VBS,UV + | 9.6 | 10.4 | 11.2 | V | |
| VDD / VBS電源欠壓，負向閾值 | VDD,UV - 、VBS,UV - | 8.6 | 9.4 | 10.2 | V | |
| VDD / VBS電源欠壓鎖定遲滯 | VDDUVH、VBSUVH | - | 1 | - | V | |
| 靜態(tài)VBS電源電流 | IQBS | - | - | 150 | μA | |
| 靜態(tài)VDD電源電流 | IQDD | - | - | 3.2 | mA | |
| 偏移電源泄漏電流 | ILK | VS = 600V | - | - | 50 | μA |
| LIN、HIN的輸入偏置電流 | IIN + | VIN = 3.3V | - | 825 | 1110 | μA |
| RFE的輸入偏置電流 | IIN,RFE + | VREF = 3.3V | - | 0 | 1 | μA |
| ITRIP的輸入偏置電流 | ITRIP + | VITRIP = 3.3V | - | 4 | 16 | μA |
| ITRIP閾值電壓 | VITRIP | 0.44 | 0.49 | 0.54 | V | |
| ITRIP輸入遲滯 | VITRIP,HYS | - | 0.07 | - | V | |
| 自舉電阻 | RBS | - | 200 | - | Ω | |
| RFE低導(dǎo)通電阻 | RRFE | - | 50 | 100 | Ω |
動態(tài)參數(shù)
逆變器
| 參數(shù) | 符號 | 條件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 輸入到輸出導(dǎo)通傳播延遲 | TON | IC = 5A，VDC = 300V | 1.15 | μs | ||
| 輸入到輸出關(guān)斷傳播延遲 | IC = 5A，VDC = 300V | 1.15 | μs | |||
| ITRIP到六個開關(guān)關(guān)斷傳播延遲 | TITRIP | IC = 5A，VDC = 300V | 1.5 | μs | ||
| IGBT導(dǎo)通能量 | VDC = 300V，IC = 5A，TJ = 25°C、150°C | 170、250 | μJ | |||
| IGBT關(guān)斷能量 | EOFF | VDC = 300V，IC = 5A，TJ = 25°C | 70、110 | μJ | ||
| 二極管反向恢復(fù)能量 | EREC | 150°C | 40 | μJ | ||
| 反向偏置安全工作區(qū) | RBSOA | VDC = 450V，VDD = +15V到0V | 全方形 |
控制
| 參數(shù) | 符號 | 條件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 輸入濾波器時間（HIN、LIN、ITRIP） | TFILIN | VIN = 0或VIN = 5V | 350 | ns | ||
| 輸入濾波器時間（RFE） | TFILRFE | VRFE = 0或VRFE = 5V | 100 | 200 | ns | |
| TFLT | 400 | 600 | ns | |||
| 內(nèi)部注入死區(qū)時間 | TDT | VIN = 0或VIN = 5V | 190 | 420 | ns | |
| 所有通道的匹配傳播延遲時間（導(dǎo)通和關(guān)斷） | MT | 外部死區(qū)時間 > 420ns | 50 | ns |
熱敏電阻特性
| 參數(shù) | 符號 | 條件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 電阻 | R25 | T = 25°C，±5%公差 | 44.65 | 47 | 49.35 | kΩ |
| 電阻 | R125 | T = 125°C | 1.27 | 1.41 | 1.56 | kΩ |
| B常數(shù) | B | 25 - 50°C，R2 = R1e [B(1/T2 - 1/T1)] | 3989 | 4050 | 4111 | K |
| 溫度范圍 | -40 | - | 125 | °C |
機械特性與評級
| 參數(shù) | 符號 | 條件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 熱阻（殼 - 散熱器） | RTH(C - S) | 平整、涂有導(dǎo)熱膏的表面，散熱器化合物導(dǎo)熱系數(shù)1W/mK | - | 0.25 | - | °C/W |
| 比較跟蹤指數(shù) | CTI | 600 | - | - | V | |
| 模塊背面曲率 | BKC | 0 | - | 150 | μm | |
| 安裝扭矩 | T | M3螺絲和墊圈 | 0.6 | 0.7 | 0.8 | Nm |
| 重量 | W | - | 5.7 |
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