探索CIPOS™ Tiny IM393 - S6E：高效电机驱动的理想之选

在电子工程师的日常工作中，为各类应用选择合适的功率模块至关重要。今天，我们就来深入了解一款专为高级家电电机驱动应用设计的集成功率混合IC——CIPOS™ Tiny IM393 - S6E。

文件下载：IM393S6E3XKLA1.pdf

一、产品概述

IM393 - S6E是一款6A、600V的集成功率混合IC，具有开放发射极引脚，适用于节能风扇和泵等高级家电电机驱动应用。英飞凌的这项技术在单个隔离封装中提供了极其紧凑、高性能的交流电机驱动器，大大简化了设计流程。

它结合了英飞凌最新的低VCE(on)沟槽IGBT技术，在导通损耗和开关损耗之间实现了最佳平衡，同时集成了业界领先的三相高压、高速驱动器（兼容3.3V），采用完全隔离的热增强封装。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。使用具有全传递模塑结构的双列直插式封装，解决了与散热器的隔离问题。

二、产品特性

1. 集成功能

• 集成栅极驱动器和自举功能：简化了电路设计，提高了系统的可靠性。
• 温度监测：内置高精度温度监测器，可实时监控模块温度。
• 保护关断引脚：在出现异常情况时，可快速关断模块，保护设备安全。

2. 先进技术

• 低VCE(on)沟槽IGBT技术：降低导通损耗，提高效率。
• 欠压锁定功能：所有通道均具备欠压锁定功能，确保在电压不稳定时模块正常工作。
• 匹配的传播延迟：所有通道的传播延迟匹配，保证了信号的同步性。

3. 输入逻辑与保护

• 3.3V施密特触发输入逻辑：兼容3.3V控制器输出，提高了系统的兼容性。
• 交叉导通预防逻辑：避免同一逆变器相位的高侧和低侧开关同时导通，减少短路风险。

4. 隔离与认证

• 高隔离性能：最小隔离电压为2000VRMs，CTI > 600，确保了电气安全。
• UL认证：获得UL认证（文件编号：E314539），证明了产品的可靠性和安全性。

三、潜在应用

IM393 - S6E的应用范围广泛，涵盖了众多家电和低功率电机驱动领域，包括：

• 洗衣机：为洗衣机的电机提供高效驱动，实现稳定的洗涤和脱水功能。
• 空调：用于空调压缩机和风机的驱动，提高空调的能效和性能。
• 冰箱：确保冰箱压缩机的稳定运行，降低能耗。
• 风扇：为各类风扇提供高效、安静的驱动。
• 洗碗机：驱动洗碗机的水泵和电机，实现高效的清洗功能。
• 低功率电机驱动：适用于各种低功率电机的驱动应用。

四、产品验证

该产品通过了JEDEC47/20/22的相关测试，符合工业应用的要求，为工程师在工业环境中使用提供了可靠的保障。

五、电气特性与参数

1. 内部电气原理图

内部电气原理图展示了模块的电路结构，为工程师进行电路设计和分析提供了基础。

2. 引脚配置

• 引脚分配：详细说明了每个引脚的名称和功能，如P为正母线输入电压，VS(W)为W相高侧浮动电源偏移电压等。
• 引脚描述：对每个引脚的具体作用和工作原理进行了详细解释。例如，HIN(U, V, W)和LIN(U, V, W)为高侧和低侧控制引脚，采用正逻辑控制集成IGBT；VDD和COM为低侧控制电源和参考，VDD为控制电源，为输入逻辑和输出功率级提供电力；VB(U, V, W)和VS(U, V, W)为高侧电源，高侧电路可随外部高侧功率器件发射极电压浮动；N(U, V, W)为低侧发射极，可用于各相电流测量；VTH为热敏电阻引脚，通过电阻上拉至电源电压，提供与热敏电阻温度对应的模拟电压信号；RFE引脚集成了RCIN、故障输出和使能输入三种功能。

3. 绝对最大额定值

• 模块：工作结温范围为 - 40 ~ 150°C，工作壳温范围为 - 40 ~ 125°C，存储温度范围为 - 40 ~ 125°C，隔离测试电压为2000V（AC RMS，1分钟，60Hz）。
• 逆变器：阻断电压为600V，P - N直流母线供电电压为450V，P - N直流母线供电电压（浪涌）为500V，输出电流为±6A（TC = 25°C，TJ < 150°C），峰值输出电流为±9A（TC = 25°C，TJ < 150°C，小于1ms），每个IGBT的功率损耗为18W，短路耐受时间为3μs（TJ < 150°C，VDC = 360V，VGE = 15V）。
• 控制：逻辑电源电压范围为 - 0.3 ~ 20V，输入电压范围为 - 0.3 ~ 20V，高侧浮动电源电压范围为 - 0.3 ~ 20V。

4. 热特性

• 单个IGBT的结 - 壳热阻典型值为5.8°C/W，最大值为6.8°C/W。
• 单个二极管的结 - 壳热阻典型值为6.6°C/W，最大值为7.7°C/W。

5. 推荐工作条件

为了确保模块的正常运行，建议在以下条件下使用：正直流母线输入电压不超过450V，低侧控制电源电压为13.5 ~ 16.5V，高侧浮动电源电压为12.5 ~ 17.5V，输入电压为0 ~ 5V，PWM载波频率为20kHz，COM和N之间的电压（包括浪涌）为 - 5 ~ 5V，HIN和LIN之间的外部死区时间为1μs，输入脉冲宽度为1μs。

6. 静态参数

• 逆变器：集电极 - 发射极饱和电压在IC = 3A时，典型值为1.5V，最大值为1.95V；集电极 - 发射极泄漏电流在VIN = 0V，VCE = 600V时，典型值为10μA，最大值为80μA；二极管正向电压降在IC = 3A时，典型值为1.5V，最大值为1.95V。
• 控制：逻辑“1”输入电压为2.5V，逻辑“0”输入电压为0.8V，VDD / VBS电源欠压正向阈值为9.6 ~ 11.2V，负向阈值为8.6 ~ 10.2V，欠压锁定迟滞为1V，静态VBS电源电流最大值为150μA，静态VDD电源电流最大值为3.2mA，偏移电源泄漏电流最大值为50μA，LIN、HIN的输入偏置电流在VIN = 3.3V时，典型值为825μA，最大值为1110μA，RFE的输入偏置电流在VREF = 3.3V时，最大值为1μA，ITRIP的输入偏置电流在VITRIP = 3.3V时，典型值为4μA，最大值为16μA，ITRIP阈值电压为0.44 ~ 0.54V，ITRIP输入迟滞为0.07V，自举电阻典型值为200Ω，RFE低导通电阻为50 ~ 100Ω。

7. 动态参数

• 逆变器：输入到输出的导通传播延迟最大值为1.15μs，关断传播延迟、RFE低电平到六个开关关断时间以及ITRIP到六个开关关断传播延迟等参数也有相应规定；IGBT导通能量在TJ = 25°C时为90μJ，TJ = 150°C时为130μJ，关断能量在VDC = 300V，IC = 3A，TJ = 25°C时为30μJ，TJ = 150°C时为45μJ，二极管反向恢复能量在TJ = 25°C时为15μJ，反向偏置安全工作区在TJ = 150°C，IC = 12A，VP = 600V，VDC = 450V，VDD = +15V到0V时为全方形。
• 控制：输入滤波时间（HIN、LIN、ITRIP）典型值为350ns，RFE的输入滤波时间为100 ~ 200ns，ITRIP到故障传播延迟为400 ~ 800ns，内部注入死区时间为190 ~ 420ns，所有通道的匹配传播延迟时间（导通和关断）最大值为50ns。

8. 热敏电阻特性

热敏电阻在25°C时的电阻值为44.65 ~ 49.35kΩ，125°C时为1.27 ~ 1.56kΩ，B常数为3989 ~ 4111K，温度范围为 - 40 ~ 125°C。

六、机械特性与评级

• 热阻：壳 - 散热器热阻典型值为0.25°C/W。
• 比较跟踪指数：CTI为600V。
• 模块背面曲率：最大值为150μm。
• 安装扭矩：使用M3螺丝和垫圈时，安装扭矩为0.6 ~ 0.8Nm。
• 重量：约为6.0g。

七、应用指南

1. 典型应用原理图

详细介绍了输入电路、Itrip电路、VTH电路、VB - VS电路、缓冲电容器、分流电阻、接地模式、COM模式、RFE电路和P模式等各个部分的设计要点。例如，输入电路可使用RC滤波器减少输入信号噪声，电容器应靠近CIPOS™ Tiny放置；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；VTH端子应通过适当电阻上拉至5V/3.3V偏置电压，以实现温度监测；VB - VS电路中，高侧浮动电源电压的电容器应靠近VB和VS端子放置，并建议添加额外的高频电容器；缓冲电容器、CIPOS™ Tiny和分流电阻之间的布线应尽可能短；建议使用SMD型分流电阻以减少内部杂散电感；应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；两个COM端子应连接在一起；RFE电路应根据故障清除时间设置R和C参数，R对于故障输出报告功能也是必需的；两个P端子应连接在一起。

2. 性能图表

提供了最大工作电流SOA图，展示了产品在典型特性下的最大工作电流范围，但实际工作情况可能会因用户的实际操作条件而有所不同。

3. Tj与Tth关系

给出了典型的Tj与Tth相关性图表，展示了在特定条件下（正弦调制，VDC = 300V，Iphase = 5Arms，fsw = 16kHz，fmod = 50Hz，MI = 0.8，PF = 0.6）的温度关系。

4. - Vs抗扰度

展示了集成栅极驱动器的负瞬态Vs安全工作区图，帮助工程师了解模块在负电压情况下的性能。

八、总结

CIPOS™ Tiny IM393 - S6E凭借其丰富的功能、高性能和高可靠性，为家电电机驱动应用提供了一个优秀的解决方案。电子工程师在设计相关电路时，可以根据产品的电气特性、参数和应用指南，合理选择和使用该模块，以实现高效、稳定的电机驱动系统。同时，在实际应用中，还需要根据具体的应用场景和要求，对电路进行进一步的优化和调整。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和见解。