深入解析CIPOS™ IFCM15P60GD：集成电力系统的卓越之选

在电子工程领域，集成电力系统不断发展，为各类应用提供了更高效、可靠的解决方案。今天，我们来详细探讨英飞凌的Control Integrated POwer System（CIPOS™）IFCM15P60GD，一款在电机驱动等领域表现出色的产品。

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一、产品概述

CIPOS™ IFCM15P60GD是一款双列直插式PFC集成智能功率模块，具备三相桥600V/15A和单相PFC 650V/30A的能力。它旨在控制三相交流电机和永磁电机，适用于空调和低功率电机驱动等变速驱动应用。该模块家族通过集成各种功率和控制组件，提高了系统的可靠性，优化了PCB尺寸和系统成本。

二、产品特性

（一）封装特性

1. 采用双列直插式模制模块，便于安装和布局。
2. 引脚采用无铅终端电镀，符合RoHS标准，环保且可靠。
3. 由于采用DCB（直接铜键合）技术，具有极低的热阻，能有效散热，保证模块的稳定性。

（二）逆变器特性

1. 采用TRENCHSTOP™ IGBT3技术，提供卓越的电气性能。
2. 具备坚固的SOI（绝缘体上硅）栅极驱动技术，对瞬态和负电压具有稳定性，允许负VS电位高达 -11V（VBS = 15V时）进行信号传输。
3. 集成自举功能，简化了电路设计。
4. 拥有过流关断、温度监测、欠压锁定等保护功能，确保系统的安全运行。
5. 低侧共发射极设计，减少了电磁干扰。
6. 具备交叉导通预防功能，避免同一桥臂的两个栅极驱动器同时导通。

（三）PFC特性

采用TRENCHSTOP™ 5和快速开关发射极控制二极管，实现高效的功率因数校正。

三、目标应用

该模块主要应用于家用电器和低功率电机驱动领域，如空调、冰箱等家电设备中的电机控制，能够满足这些应用对高效、可靠和紧凑设计的需求。

四、系统配置

1. 包含3个半桥，采用TRENCHSTOP™ IGBT3和反并联二极管。
2. 配备三相SOI栅极驱动器，实现精确的电机控制。
3. 具有单相PFC，采用TRENCHSTOP™ 5和快速开关发射极控制二极管。
4. 内置热敏电阻，用于温度监测。
5. 引脚到散热器的间隙距离典型值为1.6mm，有助于散热和电气隔离。

五、引脚配置与说明

（一）引脚配置

该模块共有24个引脚，具体配置可参考文档中的引脚图。

（二）引脚分配与描述

引脚编号	引脚名称	引脚描述
1 - 6	VS(U,V,W)、VB(U,V,W)	高侧浮动IC电源的偏移电压和供电电压
7 - 12	HIN(U,V,W)、LIN(U,V,W)	高侧和低侧栅极驱动器输入
13	VDD	低侧控制电源
14	VFO	故障输出/温度监测
15	ITRIP	过流关断输入
16	VSS	低侧控制负电源
17	N	低侧发射极
18 - 20	W、V、U	电机U、V、W相输出
21	P	正母线输入电压
22 - 24	X、NX、GX	单升压PFC的IGBT集电极、发射极和栅极

（三）引脚详细说明

1. HIN(U,V,W)和LIN(U,V,W)：这些引脚为正逻辑，用于控制集成IGBT。内部提供约5kΩ的下拉电阻和齐纳钳位，以保证在电源启动时的预偏置和引脚保护。输入施密特触发器和噪声滤波器提供了良好的噪声抑制能力。建议输入脉冲宽度不低于1.5μs，同时集成栅极驱动器具备直通预防功能和最小死区时间插入功能，确保系统的安全运行。
2. VFO：该引脚在VDD引脚欠压或ITRIP引脚触发过流检测时指示模块故障。外部需要一个上拉电阻来偏置NTC。
3. ITRIP：通过将ITRIP输入与电机电流反馈相连，实现过流检测功能。比较器阈值典型值为0.47V，输入噪声滤波器可防止误检测。过流检测后，经过约1000ns的关断传播延迟，将关闭所有栅极驱动器的输出。
4. VDD和VSS：VDD为低侧控制电源，为输入逻辑和低侧输出功率级提供电源。输入逻辑参考VSS接地。欠压电路在VDD电压至少为典型值12.1V时使设备启动，当VDD电压低于10.4V时，关闭所有栅极驱动器的功率输出。
5. VB(U,V,W)和VS(U,V,W)：VB到VS为高侧电源电压，高侧电路可随外部高侧功率器件发射极电压相对于VSS浮动。由于功耗低，浮动驱动器级由集成自举电路供电。欠压检测的上升阈值典型值为12.1V，下降阈值为10.4V。VS(U,V,W)对VSS具有 -50V的瞬态负电压鲁棒性。
6. N：低侧发射极可用于电流测量，建议与VSS引脚的连接尽可能短，以避免不必要的电感电压降。
7. W、V、U：这些引脚为电机U、V、W相输入引脚。
8. P：高侧IGBT和PFC二极管阴极连接到母线电压，注意母线电压不超过450V。
9. X、NX、GX：用于单升压PFC的IGBT集电极、发射极和栅极。

六、电气参数

（一）绝对最大额定值

该模块在不同部分有各自的绝对最大额定值，包括存储温度范围、隔离测试电压、工作结温范围等。例如，模块的存储温度范围为 -40°C至125°C，逆变器部分的最大阻断电压为600V，输出电流为 -15A至15A等。具体参数可参考文档中的表格。

（二）推荐工作条件

推荐的工作条件包括直流母线电压、高侧浮动电源电压、低侧电源电压等。例如，P - N的直流母线电压推荐范围为0至450V，高侧浮动电源电压推荐范围为13.5至18.5V等。

（三）静态参数

静态参数包括集电极 - 发射极饱和电压、发射极 - 集电极正向电压、逻辑输入电压等。不同温度下的参数值有所不同，如在25°C和150°C时，集电极 - 发射极饱和电压的典型值分别为1.55V和1.8V。

（四）动态参数

动态参数包括导通和关断传播延迟时间、上升和下降时间、开关能量等。例如，逆变器部分的导通传播延迟时间典型值为680ns，关断传播延迟时间典型值为950ns。

（五）热敏电阻参数

热敏电阻在25°C时的电阻典型值为85kΩ，B常数为4092K。不同温度下的电阻值可参考文档中的表格。

七、机械特性与评级

1. 安装扭矩：使用M3螺丝和垫圈时，安装扭矩范围为0.49至0.78Nm。
2. 平整度：平整度范围为 -50至100μm。
3. 重量：模块重量约为6.83g。

八、典型应用电路设计要点

由于PFC IGBT具有高速开关特性，在设计应用电路时需要注意以下几点：

1. 输入电路：安装RIN和CIN滤波电路（100Ω，1nF），CIN应尽可能靠近VSS引脚，以减少高速开关产生的输入信号噪声。
2. Itrip电路：CITRIP应尽可能靠近Itrip和VSS引脚，以防止保护功能错误。
3. VFO电路：VFO输出为开漏输出，应使用适当的电阻RPU将信号线上拉到5V/3.3V逻辑电源的正极。建议在靠近控制器处放置RC滤波器。
4. VB - VS电路：高侧浮动电源电压的电容器应尽可能靠近VB和VS引脚。
5. 缓冲电容器：CIPOS™ Mini与缓冲电容器（包括分流电阻）之间的布线应尽可能短。
6. 分流电阻：使用SMD类型的分流电阻，以减少杂散电感。
7. 接地模式：每个接地模式应在分流电阻的一点处尽可能短地分开。PFC和逆变器之间的功率接地模式应尽可能短地连接。
8. 反并联二极管：必须将反并联二极管（2A，电压额定值高于650V）连接到PFC IGBT。
9. 输入浪涌电压保护电路：PFC IGBT需要该保护电路，以防止过电压浪涌。

九、总结

CIPOS™ IFCM15P60GD是一款功能强大、性能卓越的集成电力系统模块，具有丰富的保护功能和良好的电气性能。在设计应用电路时，需要根据其特性和参数进行合理的布局和设计，以确保系统的稳定性和可靠性。电子工程师在选择电机控制解决方案时，可以考虑该模块在相关应用中的优势。你在使用类似模块时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。