CIPOS™ Tiny IM393-L6E：集成功率混合IC的技术剖析与应用指南

在现代家电电机驱动领域，对高效、紧凑且可靠的功率驱动解决方案的需求日益增长。英飞凌的CIPOS™ Tiny IM393-L6E集成功率混合IC，凭借其先进的技术和丰富的特性，成为了众多应用的理想选择。本文将深入剖析IM393-L6E的技术细节和应用要点，为电子工程师提供全面的参考。

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产品概述

IM393-L6E是一款适用于高级家电电机驱动应用的15A、600V集成功率混合IC，如节能风扇和水泵等。英飞凌的这项技术将高性能的交流电机驱动器集成在一个隔离封装中，极大地简化了设计流程。该IC结合了最新的低VCE(on)沟槽IGBT技术和行业基准的三相高压高速驱动器，在传导损耗和开关损耗之间实现了最佳平衡。同时，内置的高精度温度监测和过流保护功能，以及短路额定IGBT和集成欠压锁定功能，确保了高水平的保护和故障安全运行。

产品特性

集成功能

• 集成栅极驱动器和自举功能：提供了便捷的驱动解决方案，减少了外部元件的使用。
• 温度监测：内置高精度温度监测器，可实时监测芯片温度。
• 保护关断引脚：当出现异常情况时，可迅速关断芯片，保护电路安全。

先进技术

• 低VCE(on)沟槽IGBT技术：降低了传导损耗，提高了效率。
• 所有通道的欠压锁定：确保在电压不足时，芯片能正常工作，避免损坏。
• 匹配的传播延迟：保证了各通道的同步性，提高了系统的稳定性。

电气特性

• 3.3V施密特触发输入逻辑：增强了抗干扰能力，适用于多种控制器输出。
• 交叉导通预防逻辑：避免了同一逆变器相位的高低侧开关同时导通，提高了系统的可靠性。
• 高隔离性能：最小隔离电压为2000VRMs，CTI > 600，确保了电气安全。

认证与合规

• UL认证：文件编号E314539，符合相关安全标准。

潜在应用

IM393-L6E的应用范围广泛，包括但不限于以下领域：

• 家电领域：洗衣机、空调、冰箱、风扇、洗碗机等。
• 低功率电机驱动：适用于各种低功率电机的驱动控制。

技术参数

绝对最大额定值

参数	符号	条件	值	单位
工作结温	TJ	IGBT、二极管、HVIC	-40 ~ 150	°C
工作壳温	TC		-40 ~ 125	°C
储存温度	TSTG		-40 ~ 125	°C
隔离测试电压	VISO	AC RMS，1分钟，60Hz	2000	V

热特性

参数	符号	条件	最小值	典型值	最大值	单位
单IGBT热阻，结 - 壳	RTH(J - C)	低侧W相IGBT	-	4.7	5.4	°C/W
单二极管热阻，结 - 壳	RTH(J - C)D	低侧W相二极管	-	6.1	7.0	°C/W

推荐工作条件

参数	符号	条件	最小值	典型值	最大值	单位
正直流母线输入电压	VDC		-	-	450	V
低侧控制电源电压	VDD		13.5	15	16.5	V
高侧浮动电源电压	VBS		12.5	15	17.5	V
输入电压	VIN	LIN、HIN、ITRIP、RFE	0	-	5	V
PWM载波频率	FPWM		-	20	-	kHz
COM和N之间的电压（包括浪涌）	VCOM		-5	-	5	V
HIN和LIN之间的外部死区时间	DT		1	-	-	µs
输入脉冲宽度	PWIN(ON)、PWIN(OFF)		1	-	-	µs

引脚配置与描述

引脚分配

IM393-L6E共有36个引脚，各引脚功能如下：	引脚	名称	描述
1	P	正母线输入电压
3	VS(W)	W相高侧浮动电源偏移电压
4	VB(W)	W相高侧浮动电源电压
6	VS(V)	V相高侧浮动电源偏移电压
7	VB(V)	V相高侧浮动电源电压
9	VS(U)	U相高侧浮动电源偏移电压
10	VB(U)	U相高侧浮动电源电压
12	VDD	低侧控制电源
13	VTH	温度监测
14、15	COM	低侧控制负电源
16	ITRIP	过流保护输入
17	RFE	RCIN / 故障 / 使能
18	HIN(U)	U相高侧栅极驱动器输入
19	HIN(V)	V相高侧栅极驱动器输入
20	HIN(W)	W相高侧栅极驱动器输入
21	LIN(U)	U相低侧栅极驱动器输入
22	LIN(V)	V相低侧栅极驱动器输入
23	LIN(W)	W相低侧栅极驱动器输入
24 - 29	N(U)、N(V)、N(W)	低侧发射极
30	U	U相输出
31	V	V相输出
32	W	W相输出
33、35	P	正母线输入电压

引脚描述

• HIN(U, V, W)和LIN(U, V, W)：高低侧控制引脚，采用正逻辑，控制集成IGBT。内部提供约4kΩ的下拉电阻和ESD二极管，输入施密特触发器和噪声滤波器可抑制短输入脉冲的干扰。
• VDD、COM：低侧控制电源和参考，VDD为输入逻辑和输出功率级提供电源，欠压电路确保在电源电压达到典型值10.4V时芯片正常工作，当VDD低于9.4V时，芯片关闭所有栅极驱动器功率输出。
• VB(U, V, W)和VS(U, V, W)：高侧电源，高侧电路可随外部高侧功率器件发射极电压浮动，由集成自举电路供电。欠压检测阈值为典型的10.41V（上升）和9.4V（下降），VS对COM具有高抗负电压能力。
• N(U, V, W)：低侧发射极，用于各相电流测量，建议连接到COM引脚的线路尽可能短，以避免不必要的电感电压降。
• VTH：热敏电阻，集成了UL认证的NTC，通过电阻上拉到VDD或3.3V时，VTH引脚提供与热敏电阻温度对应的模拟电压信号。
• RFE：集成了RCIN可编程故障清除定时器、故障输出和使能输入三个功能。正常工作时，Racin将RFE引脚拉至3.3V，使能IPM功能；微控制器可将该引脚拉低以禁用IPM功能。故障时，RFE引脚拉低向微控制器报告故障，可编程故障清除定时器可在故障消失后预设时间自动重新启用模块。
• U、V、W：电机U、V、W输入引脚。
• P：正母线输入电压，高侧IGBT连接到母线电压，注意母线电压不超过450V。

应用指南

典型应用原理图

在设计应用电路时，需要注意以下几点：

1. 输入电路：使用RC滤波器（100Ω，1nF）减少输入信号噪声，电容器应靠近CIPOS™ Tiny放置，特别是COM端子。
2. Itrip电路：为防止保护功能误操作，建议使用RC滤波器，电容器应靠近Itrip和COM端子。
3. VTH电路：通过适当电阻将VTH端子上拉到5V/3.3V偏置电压，以定义适合温度监测的电压，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靠近VB和VS端子放置，强烈建议添加典型值为0.1mF的高频电容器，尽量减少与电机和自举电容器的图案重叠。
5. 缓冲电容器：CIPOS™ Tiny、缓冲电容器和分流电阻之间的布线应尽可能短。
6. 分流电阻：强烈建议使用SMD型分流电阻，以最小化其内部杂散电感。
7. 接地图案：尽量减少功率地和信号地的图案重叠，仅在分流电阻的公共端连接以确保等电位。
8. COM图案：两个COM端子应连接在一起。
9. RFE电路：根据图5设置R和C参数以确定故障清除时间，由于其为开漏结构，该电阻对于故障输出报告功能也是必需的。
10. P图案：两个P端子应连接在一起。

性能图表

• 最大工作电流SOA：该图表仅为基于产品典型特性的示例，实际工作条件可能会有所不同。
• Tj vs. Tth：展示了典型的结温（Tj）与热敏电阻温度（Tth）的相关性，在特定条件下（如正弦调制，VDC = 300V，Iphase = 5Arms，fsw = 16kHz，fmod = 50Hz，MI = 0.8，PF = 0.6）的曲线。
• –Vs抗扰度：显示了集成栅极驱动器的负瞬态Vs安全工作区。

总结

CIPOS™ Tiny IM393-L6E集成功率混合IC以其先进的技术、丰富的特性和广泛的应用范围，为电子工程师提供了一个高性能、可靠的电机驱动解决方案。在实际应用中，工程师需要根据具体需求合理选择工作条件和设计电路，以充分发挥该IC的优势。希望本文能为工程师在使用IM393-L6E时提供有益的参考，大家在实际应用中遇到什么问题，欢迎在评论区交流讨论。