探索CIPOS™ Tiny IM393-X6E：高效电机驱动的理想之选

在电子工程师的日常工作中，为电机驱动应用挑选合适的功率模块至关重要。今天，我们就来深入了解一款出色的产品——CIPOS™ Tiny IM393-X6E，看看它能为我们的设计带来哪些优势。

文件下载：IM393X6E2XKLA1.pdf

产品概述

CIPOS™ Tiny IM393-X6E是一款20A、600V的集成功率混合IC，专为先进的家电电机驱动应用而设计，如节能风扇和泵。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，大大简化了设计过程。

这款先进的智能功率模块（IPM）结合了英飞凌最新的低VCE(on)沟槽IGBT技术，在导通和开关损耗之间实现了最佳平衡，同时还集成了业界标杆的三相高压、高速驱动器（与3.3V兼容），采用了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和集成的欠压锁定功能，确保了高水平的保护和故障安全运行。采用全转移模塑结构的双列直插式封装解决了与散热器的隔离问题。

产品特性

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功能，可实时监控模块温度，确保系统在安全温度范围内运行。
• 保护关断引脚：在出现异常情况时，可迅速关断模块，保护系统安全。

先进技术

• 低VCE(on)沟槽IGBT技术：降低了导通损耗，提高了系统效率。
• 欠压锁定功能：为所有通道提供欠压保护，确保系统在电压不稳定时仍能正常工作。
• 匹配的传播延迟：所有通道的传播延迟匹配，保证了系统的同步性。
• 3.3V施密特触发输入逻辑：与低电压控制器兼容，降低了系统功耗。
• 交叉导通防止逻辑：避免了同一逆变器相位的高侧和低侧开关同时导通，提高了系统的安全性。

隔离与认证

• 高隔离性能：最小隔离电压为2000VRMs，CTI > 600，确保了系统的电气安全。
• 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。

潜在应用

CIPOS™ Tiny IM393-X6E适用于多种家电和低功率电机驱动应用，包括：

• 洗衣机：提供高效稳定的电机驱动，提高洗衣机的性能和可靠性。
• 空调：满足空调压缩机和风扇电机的驱动需求，实现节能运行。
• 冰箱：为冰箱压缩机提供精确的控制，降低能耗。
• 风扇：实现风扇的高效调速，提高舒适度。
• 洗碗机：确保洗碗机电机的稳定运行，提高清洗效果。
• 低功率电机驱动：广泛应用于各种低功率电机驱动场景。

产品验证

该产品通过了JEDEC47/20/22相关测试，符合工业应用标准，具有较高的可靠性和稳定性。

详细参数

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	VIS	AC RMS，1分钟，60Hz	2000	V
阻断电压	VCES	IGBT、二极管、HVIC	600	V
P-N直流母线电压	VPN	施加在P和N之间	450	V
P-N直流母线浪涌电压	VPN(surge)	施加在P和N之间	500	V
输出电流	IO	TC = 25°C，TJ < 150°C	±20	A
峰值输出电流	IO(peak)	TC = 25°C，TJ < 150°C，小于1ms	±30	A
每个IGBT的功率损耗	Ptot	27	W
短路耐受时间	TSC	TJ < 150°C，VDC = 360V，VGE = 15V	3	μs
逻辑电源电压	VDD	-0.3 ~ 20	V
输入电压	VIN	LIN、HIN、ITRIP、RFE	-0.3 ~ 20	V
高侧浮动电源电压	VBS(U,V,W)	-0.3 ~ 20	V

热特性

参数	符号	条件	值（Min.）	值（Typ.）	值（Max.）	单位
单个IGBT热阻，结到壳	RTH(J-C)	低侧W相IGBT（见TC测量点图）	-	4.0	4.6	°C/W
单个二极管热阻，结到壳	RTH(J-C)D	低侧W相二极管（见TC测量点图）	-	5.4	6.2	°C/W

推荐工作条件

参数	符号	条件	值（Min.）	值（Typ.）	值（Max.）	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

静态参数

逆变器

参数	符号	条件	值（Min.）	值（Typ.）	值（Max.）	单位
集电极 - 发射极饱和电压	VCE(ON)	IC = 10A	-	1.5	1.9	V
IC = 10A，TJ = 150°C	-	1.7	-	V
集电极 - 发射极漏电流	ICES	VIN = 0V，VCE = 600V	-	10	80	μA
VIN = 0V，VCE = 600V，TJ = 150°C	-	80	-	μA
二极管正向压降	VF	IC = 10A	-	1.6	2.2	V
IC = 10A，TJ = 150°C	-	1.6	-	V

控制

参数	符号	条件	值（Min.）	值（Typ.）	值（Max.）	单位
逻辑“1”输入电压	VIN,TH+	LIN、HIN、RFE	2.5	-	-	V
逻辑“0”输入电压	VIN,TH-	LIN、HIN、RFE	-	-	0.8	V
VDD/VBS电源欠压，正向阈值	VDD,UV+、VBS,UV+	9.6	10.4	11.2	V
VDD/VBS电源欠压，负向阈值	VDD,UV-、VBS,UV-	8.6	9.4	10.2	V
VDD/VBS电源欠压锁定滞后	VDDUVH、VBSUVH	-	1	-	V
静态VBS电源电流	IQBS	-	-	150	μA
静态VDD电源电流	IQDD	-	-	3.2	mA
偏移电源漏电流	ILK	VS = 600V	-	-	50	μA
LIN、HIN的输入偏置电流	IIN+	VIN = 3.3V	-	825	1110	μA
RFE的输入偏置电流	IIN,RFE+	VREF = 3.3V	-	0	1	μA
ITRIP的输入偏置电流	ITRIP+	VITRIP = 3.3V	-	4	16	μA
ITRIP阈值电压	VITRIP	0.44	0.49	0.54	V

动态参数

逆变器

参数	符号	条件	值（Typ.）	值（Max.）	单位
输入到输出导通传播延迟	TON	IC = 10A，VDC = 300V	1.15	us
输入到输出关断传播延迟	Toff	1.15	us
使能信号到输出关断传播延迟	TEN	VREE = 5V到0V	1.35	us
ITRIP到六个开关关断传播延迟	TITRIP	IC = 10A，VDC = 300V	us
IGBT导通能量	EON	VDC = 300V，IC = 10A，TJ = 25°C	uJ
IGBT关断能量	EOFF	VDC = 300V，IC = 10A，TJ = 25°C、150°C	155、210	μJ
二极管反向恢复能量	EREC	VDC = 300V，IC = 10A，TJ = 25°C、150°C	35、70	μJ
反向偏置安全工作区	RBSOA	TJ = 150°C，IC = 40A，VP = 600V，VDC = 450V，VDD = +15V到0V	全方形

控制

参数	符号	条件	值（Min.）	值（Typ.）	值（Max.）	单位
输入滤波时间（HIN、LIN、ITRIP）	TFILIN	VIN = 0或VIN = 5V	350	ns
输入滤波时间（RFE）	TFILRFE	VREE = 0或VREE = 5V	100	200	ns
ITRIP到故障传播延迟	TFLT	VIN = 0或VIN = 5V，VITRIP = 5V	400	600	800	ns
内部注入死区时间	TDT	VIN = 0或VIN = 5V	190	275	420	ns
所有通道匹配传播延迟时间（导通和关断）	MT	外部死区时间 > 420ns	50	ns

热敏电阻特性

参数	符号	条件	值（Min.）	值（Typ.）	值（Max.）	单位
电阻	R25	T = 25°C，±5%公差	44.65	47	49.35	kΩ
电阻	R125	T = 125°C	1.27	1.41	1.56	kΩ
B常数	B	25 - 50°C，R2 = R1e [B(1/T2 - 1/T1)]	3989	4050	4111	K
温度范围	-40	-	125	°C

机械特性和额定值

参数	符号	条件	值（Min.）	值（Typ.）	值（Max.）	单位
热阻，壳到散热器	RTH(C-S)	平坦、涂有导热膏的表面，散热器导热膏导热系数1W/mK	-	0.25	-	°C/W
相比漏电起痕指数	CTI	600	-	-	V
模块背面曲率	BKC	0	-	150	µm
安装扭矩	T	M3螺丝和垫圈	0.6	0.7	0.8	Nm
重量	W	-	6.0	-	g

引脚配置与说明

引脚分配

引脚编号	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)	U、V、W相低侧发射极
30 - 32	U、V、W	U、V、W相输出
33、35	P	正母线输入电压

引脚说明

• HIN(U, V, W)和LIN(U, V, W)（高侧和低侧控制引脚）：这些引脚为正逻辑，负责控制集成IGBT。其施密特触发输入阈值确保了与低至3.3V的控制器输出兼容。内部提供约4kΩ的下拉电阻，用于在电源启动时预偏置输入，并提供ESD二极管用于引脚保护。输入施密特触发器和噪声滤波器可有效抑制短输入脉冲的噪声。
• VDD，COM（低侧控制电源和参考）：VDD是控制电源，为输入逻辑和输出功率级提供电源。输入逻辑以COM为参考地。欠压电路使器件在电源电压至少达到典型值VDDUV+ = 10.4V时才能启动。当VDD电源电压低于VDOUY = 9.4V时，IC将关闭所有栅极驱动器的功率输出，防止外部功率开关在导通状态下出现极低的栅极电压，从而避免过度功耗。
• VB(U, V, W)和VS(U, V, W)（高侧电源）：VB到VS是高侧电源电压。高侧电路可相对于COM随外部高侧功率器件发射极电压浮动。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+ = 10.41V，下降阈值为VBSUV = 9.4V。VS(U, V, W)对COM具有较高的负电压鲁棒性，确保在恶劣条件下设计的稳定性。
• N(U, V, W)（低侧发射极）：低侧发射极可用于测量每个相臂的电流。建议尽量缩短与COM引脚的连接，以避免不必要的电感电压降。
• VTH（热敏电阻）：模块中集成了一个经UL认证的NTC热敏电阻，芯片的一个端子连接到COM，另一个连接到VTH。当通过电阻上拉到如VDD或3.3V的电源电压时，VTH引脚提供与热敏电阻温度对应的模拟电压信号。
• RFE（RCIN / 故障 / 使能）：RFE引脚集成了三个功能：基于RC网络的可编程故障清除定时器、故障输出和使能输入。正常工作时，Rrcin将RFE引脚拉至3.3V，使IPM的所有功能启用。微控制器可将该引脚拉低以禁用IPM功能。当出现VDD欠压或ITRIP引脚电压高于V