深度解析CIPOS™ IGCM06B60HA：集成电力系统的卓越之选

在电子工程师的日常设计工作中，选择合适的功率模块至关重要。今天我们要深入探讨的是英飞凌的Control Integrated POwer System（CIPOS™）IGCM06B60HA，一款具有出色性能和广泛应用前景的产品。

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产品概述

CIPOS™ IGCM06B60HA是一款双列直插式智能功率模块，集成了三相600V / 6A的桥式电路以及单相二极管桥式整流器。它的出现为各种电力应用提供了一个高度集成的解决方案，有助于提高系统的可靠性，优化PCB尺寸和降低系统成本。

核心特性

电气性能卓越

• 反向导通IGBT：采用反向导通IGBT，结合单片体二极管，能够有效提升电路的性能和效率。
• 优化二极管：单相二极管桥式整流器中的二极管经过优化，确保整流过程的高效稳定。
• SOI栅极驱动技术：采用坚固的SOI栅极驱动技术，对瞬态和负电压具有出色的稳定性，允许在VBS = 15V时VS电位负至 -11V进行信号传输。

功能集成丰富

• 自举功能：集成自举功能，简化了电路设计，提高了系统的可靠性。
• 过流保护：具备过流关机功能，当检测到过流时，能迅速关闭所有输出，保护系统安全。
• 欠压锁定：所有通道都设有欠压锁定功能，防止因电压过低导致的系统故障。
• 防交叉导通：采用交叉导通预防机制，避免同一桥臂的两个栅极驱动器同时导通，确保系统的稳定运行。

环保设计

产品采用无铅端子电镀，符合RoHS标准，体现了环保理念。

目标应用

CIPOS™ IGCM06B60HA适用于多种家电和低功率电机驱动应用，如洗碗机、冰箱、风扇等。这些应用通常对系统的可靠性、效率和尺寸有较高要求，而该模块正好能够满足这些需求。

系统配置

电路结构

• 半桥电路：包含3个带有反向导通IGBT的半桥电路，用于控制三相交流电机和永磁电机。
• 整流器：单相二极管桥式整流器，将输入的交流电转换为直流电。
• 栅极驱动器：三相SOI栅极驱动器，为IGBT提供精确的驱动信号。

散热设计

引脚到散热器的间隙距离典型值为1.6mm，有助于良好的热传导和电气隔离。

引脚配置与功能

引脚分配

引脚编号	引脚名称	引脚描述
1	VS(U)	U相高侧浮动IC电源偏移电压
2	VB(U)	U相高侧浮动IC电源电压
……	……	……
24	NR	负母线电压

关键引脚功能

• HIN(U, V, W)和LIN(U, V, W)：用于控制集成IGBT，具有施密特触发输入阈值，保证与LSTTL和CMOS兼容。内部提供约5kΩ的下拉电阻和齐纳钳位，还具备输入施密特触发器和噪声滤波器，可有效抑制短输入脉冲噪声。不建议输入脉冲宽度低于1µs，同时驱动器具备防止直通功能，避免同一桥臂的两个栅极驱动器同时导通，并插入典型值为380ns的最小死区时间，减少外部功率开关的交叉导通。
• VFO：故障输出引脚，当VDD引脚欠压或ITRIP引脚触发过流检测时，指示模块故障，需要外部上拉电阻。
• ITRIP：过流检测功能引脚，通过将ITRIP输入与IGBT集电极电流反馈连接实现过流检测。比较器阈值典型值为0.47V，参考VSS地。输入噪声滤波器（典型值tITRIPMIN = 530ns）可防止误检测过流事件。过流检测会在典型1000ns的关断传播延迟后使栅极驱动器的所有输出关断，故障清除时间设置为最小40µs。
• VDD和VSS：VDD为控制电源，为输入逻辑和输出功率级供电，输入逻辑参考VSS地。欠压电路在电源电压至少达到典型值(V{DDUV+}=12.1V)时使设备正常工作，当VDD电源电压低于(V{DDuv- }=10.4V)时，IC关闭所有栅极驱动器功率输出，防止外部功率开关在导通状态下因栅极电压过低而产生过大功耗。
• 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(V{BSUV+}=12.1V)，下降阈值为(V{BSUV }=10.4V)。VS(U, V, W)对VSS的负电压具有高达 -50V的瞬态耐受性，确保在恶劣条件下设计的稳定性。
• N：低侧公共发射极，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。
• W, V, U：电机U、V、W相输入引脚。
• P和NR：正母线输入电压和负母线电压引脚，高侧IGBT连接到母线电压，注意母线电压不超过450V，母线电压参考NR地。
• R和S：单相二极管桥式整流器输入引脚，用于连接电网。

电气参数

绝对最大额定值

部分	参数	条件	最小值	最大值	单位
模块	存储温度范围	-	-40	125	°C
	隔离测试电压	RMS, f = 60Hz, t = 1min	2000	-	V
	工作外壳温度范围	参考图6	-40	100	°C
逆变器	最大阻断电压	(I_C = 250µA)	600	-	V
	DC母线电源电压（P - N）	施加于P - N之间	-	450	V
	DC母线电源电压（浪涌）（P - N）	施加于P - N之间	-	500	V
	输出电流	(T_C = 25°C, T_J < 150°C) (T_C = 100°C, T_J < 150°C)	-6 -4	6 4	A
	最大峰值输出电流	小于1ms	-12	12	A
	短路耐受时间	(V_{DC} ≤ 400V, T_J = 150°C)	-	5	µs
	每个IGBT的功耗	-	-	19.3	W
	工作结温范围	-	-40	150	°C
	单个IGBT的热阻（结 - 壳）	-	-	6.47	K/W
整流二极管	最大重复反向电压	-	900	-	V
	RMS正向电流	(T_C = 100°C, T_J < 150°C)	-	10	A
	峰值浪涌正向电流	50Hz, 非重复 (T_C = 25°C) (T_C = 125°C)	- -	130 110	A
	(I^2t)值	(t_p = 10ms) (T_C = 25°C) (T_C = 125°C)	- -	84 60	(A^2s)
	工作结温范围	-	-40	150	°C
	单个二极管的热阻（结 - 壳）	-	-	6.2	K/W
控制	模块电源电压	-	-1	20	V
	高侧浮动电源电压（VB vs. VS）	-	-1	20	V
	输入电压（LIN, HIN, ITRIP）	-	-1 -1	10 10	V
	开关频率	-	-	20	kHz

推荐工作条件

参数	最小值	典型值	最大值	单位
DC母线电源电压（P - N）	0	-	400	V
高侧浮动电源电压（VB vs. VS）	13.5	-	18.5	V
低侧电源电压	14.0	16	18.5	V
控制电源变化	-1	-	1	V/µs
逻辑输入电压（LIN, HIN, ITRIP）	0	-	5	V
VSS - N之间（包括浪涌）	-5	-	5	V

静态参数

参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
集电极 - 发射极饱和电压	(I_C = 4A) (T_J = 25°C) (T_J = 150°C)	- -	1.6 1.8	2.0 -	V
发射极 - 集电极正向电压	(I_F = 4A) (T_J = 25°C) (T_J = 150°C)	- -	1.75 1.8	2.2 -	V
整流二极管正向电压	(I_F = 10A) (T_J = 25°C) (T_J = 150°C)	- -	1 0.95	1.4 -	V
集电极 - 发射极泄漏电流	(V_{CE} = 600V)	-	-	1	mA
逻辑“1”输入电压（LIN, HIN）	-	-	2.1	2.5	V
逻辑“0”输入电压（LIN, HIN）	-	0.7	0.9	-	V
ITRIP正向阈值	-	400	470	540	mV
ITRIP输入迟滞	-	40	70	-	mV
VDD和VBS电源欠压正向阈值	-	10.8	12.1	13.0	V
VDD和VBS电源欠压负向阈值	-	9.5	10.4	11.2	V
VDD和VBS电源欠压锁定迟滞	-	1.0	1.7	-	V
输入钳位电压（HIN, LIN, ITRIP）	(I_{in}=4mA)	9.0	10.1	12.5	V
静态VBx电源电流（仅VBx）	(H_{IN} = 0V)	-	300	500	µA
静态VDD电源电流（仅VDD）	(L{IN} = 0V, H{INX} = 5V)	-	370	900	µA
输入偏置电流	(V_{IN} = 5V)	-	1	1.5	mA
输入偏置电流	(V_{IN} = 0V)	-	2	-	µA
ITRIP输入偏置电流	(V_{ITRIP} = 5V)	-	65	150	µA
VFO输入偏置电流	(VFO = 5V, V_{ITRIP} = 0V)	-	2	-	nA
VFO输出电压	(I{FO} = 10mA, V{ITRIP} = 1V)	-	0.5	-	V

动态参数

参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
导通传播延迟时间	(V{LIN}, H{IN} = 5V, IC = 4A, V{DC} = 300V)	-	650	-	ns
导通上升时间	-	-	20	-	ns
导通开关时间	-	-	100	-	ns
反向恢复时间	-	-	130	-	ns
关断传播延迟时间	(V{LIN}, H{IN} = 0V, I_C = 4A, V = 300V)	-	680	-	ns
关断下降时间	-	-	180	-	ns
短路传播延迟时间	从(V{IT,TH+})到10% (I{SC})	-	1420	-	ns
ITRIP输入滤波器时间	(V_{ITRIP} = 1V)	-	530	-	ns
LIN, HIN导通和关断输入滤波器时间	(V{LIN}, H{IN} = 0V & 5V)	-	290	-	ns
ITRIP故障后故障清除时间	(V_{ITRIP} = 1V)	40	65	200	µs
低侧和高侧之间的死区时间	-	1.0	-	-	µs
栅极驱动电路的死区时间	-	-	380	-	ns
IGBT导通能量（包括二极管反向恢复）	(V_{DC} = 300V, I_C = 4A) (T_J = 25°C) (T_J = 150°C)	- -	75 130	- -	µJ
IGBT关断能量	(V_{DC} = 300V, I_C = 4A) (T_J = 25°C) (T_J = 150°C)	- -	120 190	- -	µJ
二极管恢复能量	(V_{DC} = 300V, I_C = 4A) (T_J = 25°C) (T_J = 150°C)	- -	40 70	- -	µJ

自举参数

参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
重复峰值反向电压	-	600	-	-	V
U相自举二极管电阻	(VS2)或(VS3 = 300V, T_J = 25°C) (VS2)和(VS3 = 0V, T_J = 25°C) (VS2)或(VS3 = 300V, T_J = 125°C) (VS2)和(VS3 = 0V, T_J = 125°C)	- 40 50 65	35 - - -	- - - -	Ω
反向恢复时间	(I_F = 0.6A, di/dt = 80A/µs)	-	50	-	ns
正向电压降	(I_F = 20mA, VS2)和(VS3 = 0V)	-	2.6	-	V

机械特性

| 参数 | 条件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 单位