CIPOS? Maxi IM818-SCC：三相電機(jī)驅(qū)動(dòng)的理想選擇

在電子工程師的日常工作中，選擇合適的功率模塊對于設(shè)計(jì)高效、可靠的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)至關(guān)重要。今天，我們就來深入了解一下英飛凌的 CIPOS? Maxi IM818-SCC 功率模塊，看看它有哪些獨(dú)特的特性和優(yōu)勢。

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一、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機(jī)會(huì)，能夠提高系統(tǒng)的可靠性，優(yōu)化 PCB 尺寸和系統(tǒng)成本。它主要用于控制三相交流電機(jī)和永磁電機(jī)，適用于變速驅(qū)動(dòng)應(yīng)用，如低功率電機(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)）系統(tǒng)中的有源濾波器。

該產(chǎn)品特別適用于需要良好熱性能、電氣隔離、EMI 防護(hù)和過載保護(hù)的功率應(yīng)用。它將帶有 1200V TRENCHSTOP? IGBT 和發(fā)射極控制二極管的三相逆變器與優(yōu)化的 6 通道 SOI 柵極驅(qū)動(dòng)器相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)出色的電氣性能。

二、產(chǎn)品特性

1. 封裝與隔離

采用完全隔離的雙列直插式模制模塊，具有良好的電氣隔離性能，能夠有效減少干擾。

2. 高性能 IGBT

配備 1200V TRENCHSTOP? IGBT4，具有較低的導(dǎo)通損耗和較高的開關(guān)速度，能夠提高系統(tǒng)效率。

3. 穩(wěn)定的柵極驅(qū)動(dòng)器

采用堅(jiān)固的 1200V SOI 柵極驅(qū)動(dòng)器技術(shù)，對瞬態(tài)和負(fù)電壓具有穩(wěn)定性，允許在 (V_{BS}=15V) 時(shí)信號(hào)傳輸?shù)呢?fù) (V_S) 電位高達(dá) -11V。

4. 集成功能

• 集成自舉功能，簡化了電路設(shè)計(jì)。
• 具有過流關(guān)斷功能，能夠在過流時(shí)及時(shí)保護(hù)系統(tǒng)。
• 內(nèi)置 NTC 熱敏電阻，用于溫度監(jiān)測。
• 所有通道均具有欠壓鎖定功能，確保系統(tǒng)在低電壓時(shí)安全運(yùn)行。
• 低側(cè)發(fā)射極引腳可用于相電流監(jiān)測（開放發(fā)射極）。
• 具備抗交叉導(dǎo)通功能，防止同一橋臂的兩個(gè)開關(guān)同時(shí)導(dǎo)通。
• 在保護(hù)期間，所有 6 個(gè)開關(guān)均會(huì)關(guān)閉。
• 可編程故障清除時(shí)間和使能輸入，增加了系統(tǒng)的靈活性。
• 引腳采用無鉛鍍層，符合 RoHS 標(biāo)準(zhǔn)。

三、潛在應(yīng)用

該模塊適用于多種應(yīng)用場景，包括 HVAC 系統(tǒng)中的風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)器和有源濾波器、泵以及低功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)器（GPI、伺服驅(qū)動(dòng)器）等。

四、產(chǎn)品驗(yàn)證

根據(jù) JEDEC47/20/22 的相關(guān)測試，該產(chǎn)品已通過工業(yè)應(yīng)用的認(rèn)證，具有較高的可靠性和穩(wěn)定性。

五、詳細(xì)參數(shù)

1. 絕對最大額定值

• 模塊部分：存儲(chǔ)溫度范圍為 -40°C 至 125°C，工作外殼溫度為 -40°C 至 125°C，工作結(jié)溫為 -40°C 至 150°C，隔離測試電壓為 2500V（1min，RMS，f = 60Hz）。
• 逆變器部分：最大阻斷電壓為 1200V，P - N 直流母線供電電壓為 900V（正常）和 1000V（浪涌），直流集電極電流在 (T_C = 25°C) 時(shí)為 ±8A，在 (T_C = 80°C) 時(shí)為 ±5A，峰值集電極電流在 (T_C = 25°C) 且 (tp < 1ms) 時(shí)為 ±10A，每個(gè) IGBT 的功率耗散為 49.6W，短路耐受時(shí)間在 (V{DC} ≤ 800V) 且 (T_J = 150°C) 時(shí)為 10μs。
• 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 -1V 至 20V，高側(cè)浮動(dòng)電源電壓（(V_B) 參考 (VS)）為 -1V 至 20V，輸入電壓（LIN、HIN、ITRIP、RFE）為 -1V 至 (V{DD} + 0.3V)。

2. 熱特性

單個(gè) IGBT 的結(jié) - 殼熱阻（高側(cè) V 相 IGBT）最大為 2.52K/W，單個(gè)二極管的結(jié) - 殼熱阻（高側(cè) V 相二極管）最大為 3.60K/W。

3. 推薦工作條件

• 直流母線供電電壓（P - N）為 350V 至 900V，典型值為 600V。
• 低側(cè)電源電壓為 13.5V 至 18.5V，典型值為 15V。
• 高側(cè)浮動(dòng)電源電壓（(V_B) 與 (V_S) 之間）為 12.5V 至 18.5V。
• 邏輯輸入電壓（LIN、HIN、ITRIP、RFE）為 0V 至 5V。
• PWM 載波頻率最大為 20kHz。
• 外部死區(qū)時(shí)間（HIN 與 LIN 之間）最小為 0.5μs。
• (V_{SS} - N) 之間的電壓（包括浪涌）為 -5V 至 5V。
• 最小輸入脈沖寬度為 1μs。
• 控制電源變化為 -1V/μs 至 1V/μs。

4. 靜態(tài)參數(shù)

• 逆變器部分：集電極 - 發(fā)射極飽和電壓在 (I_C = 5A) 且 (T_J = 25°C) 時(shí)典型值為 2.0V，在 (TJ = 150°C) 時(shí)典型值為 2.5V；集電極 - 發(fā)射極泄漏電流在 (V{CE} = 1200V) 時(shí)最大為 1mA；二極管正向電壓在 (I_F = 5A) 且 (T_J = 25°C) 時(shí)典型值為 1.9V，在 (T_J = 150°C) 時(shí)典型值為 1.9V。
• 控制部分：邏輯“1”輸入電壓（LIN、HIN）典型值為 1.9V 至 2.3V，邏輯“0”輸入電壓（LIN、HIN）典型值為 0.7V 至 0.9V；ITRIP 正向閾值典型值為 500mV，ITRIP 輸入滯回典型值為 55mV；(V{DD}) 和 (V{BS}) 電源欠壓正向閾值分別為 12.2V 和 11.2V，負(fù)向閾值分別為 11.2V 和 10.2V，欠壓鎖定滯回典型值為 1V；靜態(tài) (V{Bx}) 電源電流（僅 (V{Bx})）典型值為 175μA，靜態(tài) (V{DD}) 電源電流（僅 (V{DD})）典型值為 1mA；LIN、HIN 的輸入偏置電流在 (V{IN} = 5V) 時(shí)典型值為 1mA，ITRIP 的輸入偏置電流在 (V{ITRIP} = 5V) 時(shí)典型值為 30μA 至 100μA，RFE 的輸入偏置電流在 (V{RFE} = 5V) 且 (V{ITRIP} = 0V) 時(shí)最大為 5μA；RFE 輸出電壓在 (I{RFE} = 10mA) 且 (V{ITRIP} = 1V) 時(shí)典型值為 0.4V；(V_{RFE}) 正向閾值典型值為 1.9V 至 2.3V，負(fù)向閾值典型值為 0.7V 至 0.9V；自舉二極管正向電壓在 (I_F = 0.3mA) 時(shí)典型值為 0.9V，自舉二極管電阻在 (V_F = 4V) 至 (V_F = 5V) 之間時(shí)典型值為 120Ω。

5. 動(dòng)態(tài)參數(shù)

• 逆變器部分：導(dǎo)通傳播延遲時(shí)間典型值為 790ns，導(dǎo)通上升時(shí)間典型值為 25ns，導(dǎo)通開關(guān)時(shí)間典型值為 170ns，反向恢復(fù)時(shí)間典型值為 420ns，關(guān)斷傳播延遲時(shí)間典型值為 990ns，關(guān)斷下降時(shí)間典型值為 150ns，關(guān)斷開關(guān)時(shí)間典型值為 230ns，短路傳播延遲時(shí)間典型值為 1100ns；IGBT 導(dǎo)通能量在 (V_{DC} = 600V) 且 (I_C = 5A) 時(shí)，(T_J = 25°C) 典型值為 0.4mJ，(TJ = 150°C) 典型值為 0.6mJ；IGBT 關(guān)斷能量在 (V{DC} = 600V) 且 (I_C = 5A) 時(shí)，(T_J = 25°C) 典型值為 0.3mJ，(TJ = 150°C) 典型值為 0.5mJ；二極管恢復(fù)能量在 (V{DC} = 600V) 且 (I_C = 5A) 時(shí)，(T_J = 25°C) 典型值為 0.2mJ，(T_J = 150°C) 典型值為 0.3mJ。
• 控制部分：ITRIP 輸入濾波時(shí)間典型值為 500ns，LIN、HIN 導(dǎo)通和關(guān)斷的輸入濾波時(shí)間典型值為 350ns，ITRIP 故障后的故障清除時(shí)間典型值為 1.1ms，ITRIP 到故障傳播延遲典型值為 650ns 至 900ns，內(nèi)部死區(qū)時(shí)間典型值為 300ns，所有通道的匹配傳播延遲時(shí)間（導(dǎo)通和關(guān)斷）最大為 130ns。

6. 熱敏電阻特性

在 (T_{NTC} = 25°C) 時(shí)，熱敏電阻阻值典型值為 85kΩ，NTC 的 B 常數(shù)（25/100）典型值為 4092K。

7. 機(jī)械特性和額定值

• 相比漏電起痕指數(shù)（CTI）為 600。
• M3 螺絲和墊圈的安裝扭矩為 0.49Nm 至 0.78Nm。
• 背面曲率最大為 150μm。
• 重量典型值為 7.1g。

六、引腳配置與說明

1. 引腳分配

該模塊共有 24 個(gè)引腳，每個(gè)引腳都有特定的功能，如 U 相高側(cè)浮動(dòng) IC 電源偏移電壓（VS(U)）、U 相高側(cè)浮動(dòng) IC 電源電壓（VB(U)）、U 相高側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器輸入（HIN(U)）等。具體的引腳分配可參考數(shù)據(jù)表中的表格。

2. 引腳說明

• HIN (U, V, W) 和 LIN (U, V, W)：這些引腳為正邏輯，負(fù)責(zé)控制集成 IGBT。其施密特觸發(fā)器輸入閾值可確保與 3.3V 控制器輸出的 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。不建議提供低于 1μs 的輸入脈沖寬度。集成柵極驅(qū)動(dòng)器還提供防直通功能，避免同一橋臂的兩個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)器同時(shí)導(dǎo)通。此外，驅(qū)動(dòng)器 IC 還提供典型值為 360ns 的最小死區(qū)時(shí)間插入，以減少外部功率開關(guān)的交叉導(dǎo)通。
• RFE：該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 RC 網(wǎng)絡(luò)（外部上拉電阻和電容）進(jìn)行調(diào)整，例如在 1MΩ 和 2nF 時(shí)典型值約為 1ms。故障輸出在 (V_{DD}) 引腳欠壓或 ITRIP 引腳觸發(fā)過流檢測時(shí)指示模塊故障。微控制器可將該引腳拉低以禁用 IPM 功能，這是使能功能。
• VTH：該引腳可直接訪問 NTC 熱敏電阻，參考 (V_{SS})。連接到 +5V 的外部上拉電阻可確保所得電壓可直接連接到微控制器。
• ITRIP：IM818 通過將 ITRIP 輸入與 IGBT 集電極電流反饋相連，提供過流檢測功能。ITRIP 比較器閾值（典型值 0.5V）參考 (V{SS}) 接地。輸入噪聲濾波器（(t{ITRIPMIN} = 典型值 500ns)）可防止驅(qū)動(dòng)器檢測到錯(cuò)誤的過流事件。過流檢測在典型的 1μs 關(guān)斷傳播延遲后會(huì)使柵極驅(qū)動(dòng)器的所有輸出關(guān)斷。故障清除時(shí)間在 (R{R C I N}=1MΩ) 和 (C{R C I N}=2nF) 時(shí)設(shè)置為典型的 1.1ms。
• VDD 和 VSS：(V{DD}) 是控制電源，為輸入邏輯和輸出功率級提供電源。輸入邏輯參考 (V{SS}) 接地。欠壓電路使設(shè)備在電源電壓至少達(dá)到典型的 (V{DDUV+}=12.2V) 時(shí)才能啟動(dòng)。當(dāng) (V{DD}) 電源電壓低于 (V_{DDUv}=11.2V) 時(shí)，IC 會(huì)關(guān)閉所有柵極驅(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 (U, v, w) 和 Vs (U, v, w)：(VB) 到 (VS) 是高側(cè)電源電壓。高側(cè)電路可相對于 (V{SS}) 跟隨外部高側(cè)功率器件發(fā)射極電壓浮動(dòng)。由于功耗較低，浮動(dòng)驅(qū)動(dòng)器級由集成自舉電路供電。欠壓檢測的上升電源閾值典型值為 (V{BSUV*}=11.2V)，下降閾值為 (V{BSUV}=10.2V)。(VS (U, V, W)) 對相對于 (V{SS}) 的 -50V 瞬態(tài)負(fù)電壓具有較高的魯棒性，確保即使在惡劣條件下也能實(shí)現(xiàn)非常穩(wěn)定的設(shè)計(jì)。
• NW, NV, NU：低側(cè)發(fā)射極可用于每個(gè)相橋臂的電流測量。建議盡量縮短與 (V_{SS}) 引腳的連接，以避免不必要的電感電壓降。
• W, V, U：這些引腳是電機(jī) U、V、W 相的輸入引腳。
• P：高側(cè) IGBT 連接到母線電壓，注意母線電壓不得超過 900V。

七、應(yīng)用指南

1. 典型應(yīng)用電路

在設(shè)計(jì)應(yīng)用電路時(shí)，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 (R{IN}) 和 (C{IN}) 濾波電路（100Ω，1nF），(C{IN}) 應(yīng)盡可能靠近 (V{SS}) 引腳放置。
• 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 (V{SS}) 引腳放置。
• RFE 電路：
  • 上拉電阻（(R{RFE})）和下拉電容（(C{RFE})）：RFE 輸出為開漏輸出，該信號(hào)線應(yīng)用適當(dāng)?shù)碾娮?(R{RFE}) 上拉到 5V/3.3V 控制電源電壓（(V{CTR})）的正極。故障清除時(shí)間可通過 (R{RFE}) 和 (C{RFE}) 的 RC 網(wǎng)絡(luò)以及上拉電壓進(jìn)行調(diào)整。上拉電阻最大限制為 2MΩ，當(dāng) (V{CTR}) 高于 5V 時(shí)，(R{RFE}) 至少需要 200kΩ 以限制 IC 功耗。
  • RC 濾波器：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 引腳放置。
• 緩沖電容器：IM818 與緩沖電容器（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 型分流電阻以減少其雜散電感。
• 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。

2. 性能圖表

最大工作電流 (SOA) 圖表只是基于該產(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。

八、總結(jié)

CIP