深度剖析CIPOS? Maxi IM818-LCC：高性能電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的卓越之選

在電子工程領(lǐng)域，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的性能往往決定了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。今天，我們就來詳細(xì)探討英飛凌的CIPOS? Maxi IM818-LCC，看看它在電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中究竟有何獨(dú)特之處。

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產(chǎn)品概述

CIPOS? Maxi IM818產(chǎn)品組為集成各種功率和控制組件提供了可能性，有助于提高可靠性、優(yōu)化PCB尺寸和系統(tǒng)成本。它專為控制變速驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中的三相交流電機(jī)和永磁電機(jī)而設(shè)計(jì)，適用于低功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)器（GPI、伺服驅(qū)動(dòng)器）、泵、風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)器以及HVAC（加熱、通風(fēng)和空調(diào)）的有源濾波器等場(chǎng)景。其產(chǎn)品理念特別適用于需要良好熱性能、電氣隔離、EMI安全控制和過載保護(hù)的功率應(yīng)用。

產(chǎn)品特性

• 全隔離雙列直插式封裝：采用完全隔離的雙列直插式封裝，提供了良好的電氣隔離性能，有助于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。
• 高性能IGBT和門極驅(qū)動(dòng)器：集成1200V TRENCHSTOP? IGBT4和堅(jiān)固的1200V SOI門極驅(qū)動(dòng)器技術(shù)，具備出色的電氣性能和抗瞬態(tài)及負(fù)電壓穩(wěn)定性。
• 豐富的保護(hù)功能：具備過流關(guān)斷、欠壓鎖定、內(nèi)置NTC熱敏電阻用于溫度監(jiān)測(cè)等保護(hù)功能，確保系統(tǒng)在各種工況下的安全運(yùn)行。
• 可編程故障清除和使能輸入：支持可編程故障清除時(shí)間和使能輸入，方便用戶根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行靈活配置。
• 環(huán)保設(shè)計(jì)：采用無鉛端子電鍍，符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)，體現(xiàn)了環(huán)保理念。

引腳配置與功能

引腳分配

IM818-LCC模塊共有24個(gè)引腳，每個(gè)引腳都有特定的功能。例如，VS(U)、VS(V)、VS(W)為U、V、W相高側(cè)浮動(dòng)IC電源偏移電壓引腳；VB(U)、VB(V)、VB(W)為U、V、W相高側(cè)浮動(dòng)IC電源電壓引腳；HIN(U)、HIN(V)、HIN(W)為U、V、W相高側(cè)門極驅(qū)動(dòng)器輸入引腳等。

引腳功能詳解

• HIN和LIN引腳：負(fù)責(zé)控制集成IGBT，采用正邏輯，具備施密特觸發(fā)器輸入閾值，確保與LSTTL和CMOS兼容。內(nèi)部提供約5kΩ的下拉電阻，用于在電源啟動(dòng)時(shí)預(yù)偏置輸入。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。
• RFE引腳：集可編程故障清除時(shí)間、故障輸出和使能輸入三種功能于一體?？删幊坦收锨宄龝r(shí)間可通過外部RC網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)整，故障輸出用于指示模塊故障，微控制器可通過拉低該引腳禁用IPM功能。
• VTH引腳：直接連接到NTC熱敏電阻，通過外部上拉電阻連接到+5V，可將熱敏電阻的電壓直接連接到微控制器，用于溫度監(jiān)測(cè)。
• ITRIP引腳：提供過流檢測(cè)功能，通過將該引腳與IGBT集電極電流反饋相連，當(dāng)檢測(cè)到過流時(shí)，經(jīng)過約1μs的關(guān)斷傳播延遲后，將關(guān)閉門極驅(qū)動(dòng)器的所有輸出。
• VDD和VSS引腳：VDD為低側(cè)控制電源，為輸入邏輯和輸出功率級(jí)提供電源；VSS為低側(cè)控制負(fù)電源，輸入邏輯以VSS為參考地。當(dāng)VDD電源電壓低于11.2V時(shí)，IC將關(guān)閉所有門極驅(qū)動(dòng)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和VS引腳：VB - 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(duì)于VSS浮動(dòng)。由于功耗較低，浮動(dòng)驅(qū)動(dòng)器級(jí)由集成自舉電路供電。欠壓檢測(cè)的上升閾值典型值為11.2V，下降閾值為10.2V。VS引腳在相對(duì)于VSS為 - 50V的瞬態(tài)負(fù)電壓下具有高魯棒性，確保在惡劣條件下設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性。
• NW、NV、NU引腳：為低側(cè)發(fā)射極引腳，可用于各相電流測(cè)量。建議將其與VSS引腳的連接盡可能短，以避免不必要的電感電壓降。
• W、V、U引腳：為電機(jī)U、V、W相輸入引腳。
• P引腳：為正母線輸入電壓引腳，高側(cè)IGBT連接到母線電壓，但需注意母線電壓不超過900V。

電氣參數(shù)與性能

絕對(duì)最大額定值

• 模塊部分：存儲(chǔ)溫度范圍為 - 40 ~ 125°C，工作外殼溫度為 - 40 ~ 125°C，工作結(jié)溫為 - 40 ~ 150°C，隔離測(cè)試電壓為2500V（1min，RMS，f = 60Hz）。
• 逆變器部分：最大阻斷電壓為1200V，P - N直流母線電源電壓為900V，P - N直流母線電源浪涌電壓為1000V，直流集電極電流在不同溫度下有所不同，脈沖集電極電流（非重復(fù)）為±24A，每個(gè)IGBT的功率耗散為156W，短路耐受時(shí)間為10μs（V DC ≤ 800V，T J = 150°C）。
• 控制部分：高側(cè)偏移電壓為1200V，自舉二極管的重復(fù)峰值反向電壓為1200V，模塊控制電源電壓為 - 1 ~ 20V，高側(cè)浮動(dòng)電源電壓（V B參考V S）為 - 1 ~ 20V，輸入電壓（LIN、HIN、ITRIP、RFE）為 - 1 ~ V DD + 0.3V。

熱特性

單個(gè)IGBT的結(jié) - 殼熱阻（高側(cè)V相IGBT）最大為0.80K/W，單個(gè)二極管的結(jié) - 殼熱阻（高側(cè)V相二極管）最大為1.30K/W。

推薦工作條件

直流母線電源電壓為350 ~ 800V，低側(cè)電源電壓為13.5 ~ 18.5V，高側(cè)浮動(dòng)電源電壓為12.5 ~ 18.5V，邏輯輸入電壓為0 ~ 5V，PWM載波頻率最大為20kHz，HIN和LIN之間的外部死區(qū)時(shí)間最小為0.5μs，VSS - N之間的電壓（包括浪涌）為 - 5 ~ 5V，最小輸入脈沖寬度為1μs，控制電源變化率為 - 1 ~ 1V/μs。

靜態(tài)參數(shù)

• 逆變器部分：集電極 - 發(fā)射極飽和電壓在不同電流和溫度下有所不同，集電極 - 發(fā)射極泄漏電流最大為1mA，二極管正向電壓在不同電流和溫度下也有相應(yīng)值。
• 控制部分：邏輯“1”輸入電壓為1.9 ~ 2.3V，邏輯“0”輸入電壓為0.7 ~ 0.9V，ITRIP正向閾值為475 ~ 525mV，ITRIP輸入滯回為55mV，V DD和V BS電源欠壓正向閾值、負(fù)向閾值及滯回都有相應(yīng)規(guī)定，靜態(tài)V Bx電源電流典型值為175μA，靜態(tài)V DD電源電流典型值為1mA，各輸入引腳的偏置電流也有明確規(guī)定。

動(dòng)態(tài)參數(shù)

• 逆變器部分：包括開通傳播延遲時(shí)間、開通上升時(shí)間、開通開關(guān)時(shí)間、反向恢復(fù)時(shí)間、關(guān)斷傳播延遲時(shí)間、關(guān)斷下降時(shí)間、關(guān)斷開關(guān)時(shí)間、短路傳播延遲時(shí)間、IGBT開通能量、IGBT關(guān)斷能量和二極管恢復(fù)能量等參數(shù)。
• 控制部分：ITRIP輸入濾波時(shí)間為500ns，LIN、HIN的輸入濾波時(shí)間為350ns，ITRIP故障后的故障清除時(shí)間為1.1ms，ITRIP到故障的傳播延遲為650 ~ 900ns，內(nèi)部死區(qū)時(shí)間為300ns，所有通道的匹配傳播延遲時(shí)間（開和關(guān)）為130ns。

熱敏電阻特性

NTC熱敏電阻在25°C時(shí)的電阻典型值為85kΩ，B常數(shù)（25/100）典型值為4092K。通過熱敏電阻的電阻 - 溫度曲線和表格，可準(zhǔn)確獲取不同溫度下的電阻值。

機(jī)械特性與認(rèn)證

機(jī)械特性

比較跟蹤指數(shù)（CTI）為600，M3螺絲和墊圈的安裝扭矩為0.49 ~ 0.78Nm，背面曲率最大為150μm，重量典型值為7.05g。

認(rèn)證信息

該產(chǎn)品具有UL認(rèn)證（文件編號(hào)E314539），符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)，ESD（靜電放電）方面，HBM（人體模型）等級(jí)為2（>2000V至<4000V），CDM（帶電設(shè)備模型）等級(jí)為C3（>=1000V）。

應(yīng)用指南

典型應(yīng)用電路

在典型應(yīng)用電路中，需要注意以下幾點(diǎn)：

• 輸入電路：為減少高速開關(guān)引起的輸入信號(hào)噪聲，應(yīng)安裝RIN和C IN濾波電路（100Ω，1nF），C IN應(yīng)盡可能靠近Vss引腳。
• Itrip電路：為防止保護(hù)功能出錯(cuò)，C ITRIP應(yīng)盡可能靠近Itrip和Vss引腳。
• RFE電路：RFE輸出為開漏輸出，需用適當(dāng)電阻RFE上拉到5V / 3.3V控制電源電壓的正端。故障清除時(shí)間可通過RRFE和CRFE的RC網(wǎng)絡(luò)及上拉電壓進(jìn)行調(diào)整。同時(shí)，建議將RC濾波器盡可能靠近控制器放置。
• VB - VS電路：高側(cè)浮動(dòng)電源電壓的電容應(yīng)盡可能靠近VB和VS引腳。
• 緩沖電容：IM818與緩沖電容（包括分流電阻）之間的布線應(yīng)盡可能短。
• 分流電阻：應(yīng)使用SMD類型的分流電阻以降低雜散電感。
• 接地模式：接地模式應(yīng)在分流電阻的一點(diǎn)處盡可能短地分開。

性能圖表

最大工作電流SOA（安全工作區(qū)）是基于該產(chǎn)品典型特性的一個(gè)示例，實(shí)際工作條件可能會(huì)導(dǎo)致其發(fā)生變化。

總結(jié)

CIPOS? Maxi IM818-LCC模塊憑借其豐富的功能、卓越的性能和完善的保護(hù)機(jī)制，為電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用提供了一個(gè)可靠的解決方案。無論是在低功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、泵、風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)器還是HVAC有源濾波器等領(lǐng)域，它都能展現(xiàn)出出色的表現(xiàn)。電子工程師在設(shè)計(jì)相關(guān)系統(tǒng)時(shí)，可以充分考慮該模塊的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定運(yùn)行。你在使用類似電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。