探索CIPOS™ IGCM10F60HA：集成电力系统的卓越之选

在电子工程师的日常工作中，选择合适的功率模块对于设计的成功至关重要。今天，我们就来深入了解一款备受关注的产品——Control Integrated POwer System (CIPOS™) IGCM10F60HA。

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产品概述

CIPOS™ IGCM10F60HA是一款双列直插式智能功率模块，专为三相交流电机和永磁电机的变速驱动而设计，适用于空调、冰箱、洗衣机等多种家电设备。它将各种功率和控制组件集成在一起，不仅提高了系统的可靠性，还优化了PCB尺寸和系统成本。

产品特性

• 完全隔离的双列直插式封装：采用反向导通IGBT和单片体二极管，具有出色的电气性能。
• 坚固的SOI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）。
• 集成自举功能：实现高效的电源供应。
• 过流保护：当检测到过流时，所有6个开关会关闭，确保系统安全。
• 欠压锁定：在所有通道上提供欠压保护。
• 低侧发射极引脚：可用于监测各相电流，方便进行故障诊断。
• 防交叉导通：有效避免同一桥臂的两个栅极驱动器同时导通。
• 无铅端子镀层：符合RoHS标准，环保可靠。

目标应用

CIPOS™ IGCM10F60HA适用于多种家电和工业应用，如洗碗机、冰箱、洗衣机、空调、风扇和低功率电机驱动器等。

系统配置

该模块由3个半桥反向导通IGBT和一个三相SOI栅极驱动器组成，引脚到散热器的间隙距离典型值为1.6mm。这种设计确保了良好的热传导和电气隔离，同时提供了EMI安全控制和过载保护。

引脚配置与说明

引脚配置

CIPOS™ IGCM10F60HA共有24个引脚，包括高侧和低侧控制引脚、故障输出引脚、过流检测引脚、电源引脚等。具体引脚分配如下表所示：	Pin Number	Pin Name	Pin Description
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
3	VS(V)	V相高侧浮动IC电源偏移电压
4	VB(V)	V相高侧浮动IC电源电压
5	VS(W)	W相高侧浮动IC电源偏移电压
6	VB(W)	W相高侧浮动IC电源电压
7	HIN(U)	U相高侧栅极驱动器输入
8	HIN(V)	V相高侧栅极驱动器输入
9	HIN(W)	W相高侧栅极驱动器输入
10	LIN(U)	U相低侧栅极驱动器输入
11	LIN(V)	V相低侧栅极驱动器输入
12	LIN(W)	W相低侧栅极驱动器输入
13	VDD	低侧控制电源
14	VFO	故障输出
15	ITRIP	过流关断输入
16	VSS	低侧控制负电源
17	NW	W相低侧发射极
18	NV	V相低侧发射极
19	NU	U相低侧发射极
20	W	电机W相输出
21	V	电机V相输出
22	U	电机U相输出
23	P	正母线输入电压
24	NC	无连接

引脚说明

• 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，以确保在电源启动时输入偏置，并提供输入施密特触发器和噪声滤波器，抑制短输入脉冲。不建议输入脉冲宽度低于1µs，同时集成栅极驱动器提供了防直通功能和最小死区时间插入，以避免同一桥臂的两个栅极驱动器同时导通。
• VFO（故障输出，引脚14）：当VDD引脚出现欠压或ITRIP引脚触发过流检测时，VFO引脚会指示模块故障。外部需要一个上拉电阻。
• ITRIP（过流检测功能，引脚15）：通过将ITRIP输入与IGBT集电极电流反馈相连，实现过流检测功能。比较器阈值典型值为0.47V，参考VSS接地。输入噪声滤波器（典型值：tITRIPMIN = 530ns）可防止驱动器检测到误过流事件。过流检测会在典型1000ns的关断传播延迟后关闭栅极驱动器的所有输出，故障清除时间设置为最小40µs。
• VDD, VSS（低侧控制电源和参考，引脚13, 16）：VDD为控制电源，为输入逻辑和输出功率级提供功率。输入逻辑参考VSS接地。欠压电路在电源电压至少达到典型值VDDUV+ = 12.1V时使设备启动，当VDD电源电压低于VDDuv- = 10.4V时，IC会关闭所有栅极驱动器的功率输出，以防止外部功率开关在导通状态下出现临界低栅极电压，从而避免过度功耗。
• VB(U, V, W)和VS(U, V, W)（高侧电源，引脚1 - 6）：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VBSUV+ = 12.1V，下降阈值为VBSUV = 10.4V。VS(U, V, W)对VSS的负电压具有高达 -50V的瞬态鲁棒性，确保在恶劣条件下设计的稳定性。
• NW, NV, NU（低侧发射极，引脚17 - 19）：低侧发射极可用于测量各相桥臂的电流。建议将与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（高侧发射极和低侧集电极，引脚20 - 22）：这些引脚为电机U、V、W相输入引脚。
• P（正母线输入电压，引脚23）：高侧IGBT连接到母线电压，注意母线电压不超过450V。

电气参数

绝对最大额定值

模块部分	条件	符号	最小值	最大值	单位
存储温度范围	-	Tstg	-40	125	°C
隔离测试电压	RMS, f = 60Hz, t = 1min	VISOL	2000	-	V
工作外壳温度范围	参考图6	TC	-40	125	°C

逆变器部分	条件	符号	最小值	最大值	单位
最大阻断电压	IC = 250µA	VCES	600	-	V
P - N直流母线电源电压	施加在P - N之间	VPN	-	450	V
P - N直流母线电源电压（浪涌）	施加在P - N之间	VPN(surge)	-	500	V
输出电流	TC = 25°C, TJ < 150°C TC = 100°C, TJ < 150°C	IC	-10 -6	10 6	A
最大峰值输出电流	小于1ms	IC(peak)	-20	20	A
短路耐受时间1	VDC ≤ 400V, TJ = 150°C	tSC	-	5	µs
每个IGBT的功耗	-	Ptot	-	26.1	W
工作结温范围	-	TJ	-40	150	°C
单个IGBT的热阻，结 - 壳	-	RthJC	-	4.79	K/W

控制部分	条件	符号	最小值	最大值	单位
模块电源电压	-	VDD	-1	20	V
高侧浮动电源电压（VB vs. VS）	-	VBS	-1	20	V
输入电压	LIN, HIN, ITRIP	VIN VITRIP	-1 -1	10 10	V
开关频率	-	fPWM	-	20	kHz

允许的短路次数 < 1000；短路之间的时间 > 1s。

推荐工作条件

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

静态参数

描述	条件	符号	最小值	典型值	最大值	单位
集电极 - 发射极饱和电压	IC = 6A TJ = 25°C	VCE(sat)	1.6	1.8	2.0	V
	IC = 6A TJ = 150°C		2.2	-	-	V
发射极 - 集电极正向电压	IF = 6A TJ = 25°C	VF	1.75	-	-	V
	IF = 6A TJ = 150°C		1.8	-	-	V
集电极 - 发射极泄漏电流	VCE = 600V	ICES	-	-	1	mA
逻辑“1”输入电压（LIN, HIN）	-	VIH	2.1	2.5	-	V
逻辑“0”输入电压（LIN, HIN）	-	VIL	0.7	0.9	-	V
ITRIP正向阈值	-	VIT,TH+	400	470	540	mV
ITRIP输入滞后	-	VIT,HYS	40	70	-	mV
VDD和VBS电源欠压正向阈值	-	VDDUV+ VBSUV+	10.8	12.1	13.0	V
VDD和VBS电源欠压负向阈值	-	VDDUV- VBSUV-	9.5	10.4	11.2	V
VDD和VBS电源欠压锁定滞后	-	VDDUVH VBSUVH	1.0	1.7	-	V
输入钳位电压（HIN, LIN, ITRIP）	Iin = 4mA	VINCLAMP	9.0	10.1	12.5	V
静态VBx电源电流（仅VBx）	HIN = 0V	IQBS	300	500	-	µA
静态VDD电源电流（仅VDD）	LIN = 0V, HINX = 5V	IQDD	370	900	-	µA
输入偏置电流	VIN = 5V	IIN+	1	1.5	-	mA
输入偏置电流	VIN = 0V	IIN-	-	-	2	µA
ITRIP输入偏置电流	VITRIP = 5V	IITRIP+	65	150	-	µA
VFO输入偏置电流	VFO = 5V, VITRIP = 0V	IFO	-	-	2	nA
VFO输出电压	IFO = 10mA, VITRIP = 1V	VFO	-	-	0.5	V

动态参数

描述	条件	符号	最小值	典型值	最大值	单位
导通传播延迟时间	VLIN, HIN = 5V, IC = 6A, VDC = 300V	ton	-	670	-	ns
导通上升时间	-	tr	-	20	-	ns
导通开关时间	-	t c(on)	-	80	-	ns
反向恢复时间	-	trr	-	110	-	ns
关断传播延迟时间	VLIN, HIN = 0V, IC = 6A, V = 300V	toff	-	820	-	ns
关断下降时间	-	tf	-	170	-	ns
短路传播延迟时间	从VIT,TH+到10%ISC	tSCP	-	1250	-	ns
ITRIP输入滤波时间	VITRIP = 1V	tITRIPmin	-	530	-	ns
LIN, HIN导通和关断输入滤波时间	VLIN, HIN = 0V & 5V	tFILIN	-	290	-	ns
ITRIP故障后故障清除时间	VITRIP = 1V	tFLTCLR	40	65	200	µs
低侧和高侧之间的死区时间	-	DTPWM	1.0	-	-	µs
栅极驱动电路的死区时间	-	DTIC	-	380	-	ns
IGBT导通能量（包括二极管反向恢复）	VDC = 300V, IC = 6A TJ = 25°C TJ = 150°C	Eon	- -	110 155	- -	µJ
IGBT关断能量	VDC = 300V, IC = 6A TJ = 25°C TJ = 150°C	Eoff	- -	155 220	- -	µJ
二极管恢复能量	VDC = 300V, IC = 6A TJ = 25°C TJ = 150°C	Erec	- -	45 75	- -	µJ

自举参数

描述	条件	符号	最小值	典型值	最大值	单位
重复峰值反向电压	-	VRRM	600	-	-	V
U相自举二极管电阻1	VS2或VS3 = 300V, TJ = 25°C	RBS1	-	35	-	Ω
	VS2和VS3 = 0V, TJ = 25°C		40	-	-
	VS2或VS3 = 300V, TJ = 125°C		50