深度剖析CIPOS™ Maxi IM818-LCC：高性能电机驱动模块的卓越之选

在电子工程领域，电机驱动模块的性能往往决定了整个系统的稳定性和效率。今天，我们就来详细探讨英飞凌的CIPOS™ Maxi IM818-LCC，看看它在电机驱动应用中究竟有何独特之处。

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产品概述

CIPOS™ Maxi IM818产品组为集成各种功率和控制组件提供了可能性，有助于提高可靠性、优化PCB尺寸和系统成本。它专为控制变速驱动应用中的三相交流电机和永磁电机而设计，适用于低功率电机驱动器（GPI、伺服驱动器）、泵、风扇驱动器以及HVAC（加热、通风和空调）的有源滤波器等场景。其产品理念特别适用于需要良好热性能、电气隔离、EMI安全控制和过载保护的功率应用。

产品特性

• 全隔离双列直插式封装：采用完全隔离的双列直插式封装，提供了良好的电气隔离性能，有助于提高系统的稳定性和安全性。
• 高性能IGBT和门极驱动器：集成1200V TRENCHSTOP™ IGBT4和坚固的1200V SOI门极驱动器技术，具备出色的电气性能和抗瞬态及负电压稳定性。
• 丰富的保护功能：具备过流关断、欠压锁定、内置NTC热敏电阻用于温度监测等保护功能，确保系统在各种工况下的安全运行。
• 可编程故障清除和使能输入：支持可编程故障清除时间和使能输入，方便用户根据实际需求进行灵活配置。
• 环保设计：采用无铅端子电镀，符合RoHS标准，体现了环保理念。

引脚配置与功能

引脚分配

IM818-LCC模块共有24个引脚，每个引脚都有特定的功能。例如，VS(U)、VS(V)、VS(W)为U、V、W相高侧浮动IC电源偏移电压引脚；VB(U)、VB(V)、VB(W)为U、V、W相高侧浮动IC电源电压引脚；HIN(U)、HIN(V)、HIN(W)为U、V、W相高侧门极驱动器输入引脚等。

引脚功能详解

• HIN和LIN引脚：负责控制集成IGBT，采用正逻辑，具备施密特触发器输入阈值，确保与LSTTL和CMOS兼容。内部提供约5kΩ的下拉电阻，用于在电源启动时预偏置输入。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。
• RFE引脚：集可编程故障清除时间、故障输出和使能输入三种功能于一体。可编程故障清除时间可通过外部RC网络进行调整，故障输出用于指示模块故障，微控制器可通过拉低该引脚禁用IPM功能。
• VTH引脚：直接连接到NTC热敏电阻，通过外部上拉电阻连接到+5V，可将热敏电阻的电压直接连接到微控制器，用于温度监测。
• ITRIP引脚：提供过流检测功能，通过将该引脚与IGBT集电极电流反馈相连，当检测到过流时，经过约1µs的关断传播延迟后，将关闭门极驱动器的所有输出。
• VDD和VSS引脚：VDD为低侧控制电源，为输入逻辑和输出功率级提供电源；VSS为低侧控制负电源，输入逻辑以VSS为参考地。当VDD电源电压低于11.2V时，IC将关闭所有门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过低的栅极电压，从而避免过度功耗。
• VB和VS引脚：VB - 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。由于功耗较低，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11.2V，下降阈值为10.2V。VS引脚在相对于VSS为 - 50V的瞬态负电压下具有高鲁棒性，确保在恶劣条件下设计的稳定性。
• NW、NV、NU引脚：为低侧发射极引脚，可用于各相电流测量。建议将其与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引脚：为电机U、V、W相输入引脚。
• P引脚：为正母线输入电压引脚，高侧IGBT连接到母线电压，但需注意母线电压不超过900V。

电气参数与性能

绝对最大额定值

• 模块部分：存储温度范围为 - 40 ~ 125°C，工作外壳温度为 - 40 ~ 125°C，工作结温为 - 40 ~ 150°C，隔离测试电压为2500V（1min，RMS，f = 60Hz）。
• 逆变器部分：最大阻断电压为1200V，P - N直流母线电源电压为900V，P - N直流母线电源浪涌电压为1000V，直流集电极电流在不同温度下有所不同，脉冲集电极电流（非重复）为±24A，每个IGBT的功率耗散为156W，短路耐受时间为10µs（V DC ≤ 800V，T J = 150°C）。
• 控制部分：高侧偏移电压为1200V，自举二极管的重复峰值反向电压为1200V，模块控制电源电压为 - 1 ~ 20V，高侧浮动电源电压（V B参考V S）为 - 1 ~ 20V，输入电压（LIN、HIN、ITRIP、RFE）为 - 1 ~ V DD + 0.3V。

热特性

单个IGBT的结 - 壳热阻（高侧V相IGBT）最大为0.80K/W，单个二极管的结 - 壳热阻（高侧V相二极管）最大为1.30K/W。

推荐工作条件

直流母线电源电压为350 ~ 800V，低侧电源电压为13.5 ~ 18.5V，高侧浮动电源电压为12.5 ~ 18.5V，逻辑输入电压为0 ~ 5V，PWM载波频率最大为20kHz，HIN和LIN之间的外部死区时间最小为0.5µs，VSS - N之间的电压（包括浪涌）为 - 5 ~ 5V，最小输入脉冲宽度为1µs，控制电源变化率为 - 1 ~ 1V/µs。

静态参数

• 逆变器部分：集电极 - 发射极饱和电压在不同电流和温度下有所不同，集电极 - 发射极泄漏电流最大为1mA，二极管正向电压在不同电流和温度下也有相应值。
• 控制部分：逻辑“1”输入电压为1.9 ~ 2.3V，逻辑“0”输入电压为0.7 ~ 0.9V，ITRIP正向阈值为475 ~ 525mV，ITRIP输入滞回为55mV，V DD和V BS电源欠压正向阈值、负向阈值及滞回都有相应规定，静态V Bx电源电流典型值为175µA，静态V DD电源电流典型值为1mA，各输入引脚的偏置电流也有明确规定。

动态参数

• 逆变器部分：包括开通传播延迟时间、开通上升时间、开通开关时间、反向恢复时间、关断传播延迟时间、关断下降时间、关断开关时间、短路传播延迟时间、IGBT开通能量、IGBT关断能量和二极管恢复能量等参数。
• 控制部分：ITRIP输入滤波时间为500ns，LIN、HIN的输入滤波时间为350ns，ITRIP故障后的故障清除时间为1.1ms，ITRIP到故障的传播延迟为650 ~ 900ns，内部死区时间为300ns，所有通道的匹配传播延迟时间（开和关）为130ns。

热敏电阻特性

NTC热敏电阻在25°C时的电阻典型值为85kΩ，B常数（25/100）典型值为4092K。通过热敏电阻的电阻 - 温度曲线和表格，可准确获取不同温度下的电阻值。

机械特性与认证

机械特性

比较跟踪指数（CTI）为600，M3螺丝和垫圈的安装扭矩为0.49 ~ 0.78Nm，背面曲率最大为150µm，重量典型值为7.05g。

认证信息

该产品具有UL认证（文件编号E314539），符合RoHS标准，ESD（静电放电）方面，HBM（人体模型）等级为2（>2000V至<4000V），CDM（带电设备模型）等级为C3（>=1000V）。

应用指南

典型应用电路

在典型应用电路中，需要注意以下几点：

• 输入电路：为减少高速开关引起的输入信号噪声，应安装RIN和C IN滤波电路（100Ω，1nF），C IN应尽可能靠近Vss引脚。
• Itrip电路：为防止保护功能出错，C ITRIP应尽可能靠近Itrip和Vss引脚。
• RFE电路：RFE输出为开漏输出，需用适当电阻RFE上拉到5V / 3.3V控制电源电压的正端。故障清除时间可通过RRFE和CRFE的RC网络及上拉电压进行调整。同时，建议将RC滤波器尽可能靠近控制器放置。
• VB - VS电路：高侧浮动电源电压的电容应尽可能靠近VB和VS引脚。
• 缓冲电容：IM818与缓冲电容（包括分流电阻）之间的布线应尽可能短。
• 分流电阻：应使用SMD类型的分流电阻以降低杂散电感。
• 接地模式：接地模式应在分流电阻的一点处尽可能短地分开。

性能图表

最大工作电流SOA（安全工作区）是基于该产品典型特性的一个示例，实际工作条件可能会导致其发生变化。

总结

CIPOS™ Maxi IM818-LCC模块凭借其丰富的功能、卓越的性能和完善的保护机制，为电机驱动应用提供了一个可靠的解决方案。无论是在低功率电机驱动器、泵、风扇驱动器还是HVAC有源滤波器等领域，它都能展现出出色的表现。电子工程师在设计相关系统时，可以充分考虑该模块的特点和优势，以实现系统的高效、稳定运行。你在使用类似电机驱动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。