IRAMS10UP60B：家电电机驱动的集成功率模块解决方案

在电子工程师的日常工作中，为家电电机驱动寻找高效、可靠且易于设计的解决方案是一项重要任务。国际整流器公司（International Rectifier）的 IRAMS10UP60B 集成功率模块，就是这样一款值得关注的产品，它专为家电应用中的电子电机控制而开发和优化，适用于洗衣机、冰箱等设备。

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产品概述

IRAMS10UP60B 是一款集成功率模块，采用了 Plug N Drive 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。其内部集成了分流电阻，方便实现电流反馈和过流监测，确保精确和安全的操作。此外，内置的温度监测、过流保护、短路额定 IGBT 以及欠压锁定功能，为模块提供了高水平的保护和故障安全操作。同时，高端驱动部分集成了自举二极管，并且只需单极性电源来驱动内部电路，不仅简化了模块的使用，还降低了成本。

产品特性

内部结构特性

1. 内部分流电阻：方便实现电流反馈和过流监测，为电机的精确控制和安全运行提供保障。
2. 集成栅极驱动器和自举二极管：简化了电路设计，减少了外部元件的使用，提高了系统的可靠性。
3. 温度监测：实时监测模块的温度，确保在安全的温度范围内运行，防止因过热导致的故障。
4. 全隔离封装：提供良好的电气隔离，增强了系统的安全性和抗干扰能力。
5. 低 (V_{CE(on)}) 非穿通 IGBT 技术：降低了功率损耗，提高了效率。
6. 欠压锁定功能：确保所有通道在电压不足时能及时锁定，保护模块免受损坏。
7. 匹配的传播延迟：保证所有通道的信号传输一致性，提高电机控制的精度。
8. 施密特触发输入逻辑：增强了输入信号的抗干扰能力。
9. 交叉导通防止逻辑：避免上下桥臂同时导通，提高了系统的可靠性。
10. 低 (di/dt) 栅极驱动器：具有更好的抗噪声能力，减少了电磁干扰。

性能参数特性

1. 电机功率范围：适用于 0.4 - 0.75kW 的电机，工作电压范围为 85 - 253Vac。
2. 隔离电压：(2000V_{RMS}) / 1min，(CTI > 600V)，提供了良好的电气隔离性能。
3. 认证合规：获得 UL 认证（E252584），符合 RoHS 标准，满足环保和安全要求。

绝对最大额定值

参数	描述	值	单位
(V{CES} / V{RRM})	IGBT/二极管阻断电压	600	V
(V^{+})	正母线输入电压	450	V
(I_O @ T_C = 25°C)	RMS 相电流（注 1）	10	A
(I_O @ T_C = 100°C)	RMS 相电流（注 1）	5	A
(I_O)	脉冲 RMS 相电流（注 2）	15	A
(F_{PWM})	PWM 载波频率	20	kHz
(P_D)	每个 IGBT 在 (T_C = 25°C) 时的功率损耗	27	W
(V_{ISO})	隔离电压（1min）	2000	(V_{RMS})
(T_J)（IGBT & 二极管）	工作结温范围	-40 至 +150	°C
(T_J)（驱动器 IC）	工作结温范围	-40 至 +150	°C
(T)	安装扭矩范围（M3 螺丝）	0.5 至 1.0	Nm

注 1：在 (V^{+} = 400V)，(TJ = 150°C)，(F{PWM} = 20kHz)，调制深度 = 0.8，(PF = 0.6) 的条件下，采用正弦调制，详见图 3。 注 2：(t_p < 100ms)；(TC = 25°C)；(F{PWM} = 20kHz)，受 (BUS - ITRIP) 限制，详见“逆变器部分电气特性”表。

电气特性

逆变器部分电气特性

在 (T_J = 25°C) 的条件下，该模块的逆变器部分具有以下电气特性：	符号	参数	最小值	典型值	最大值	单位	条件
(V_{(BR)CES})	集电极 - 发射极击穿电压	600	-	-	V	(V_{IN} = 5V)，(I_C = 250µA)
(Delta V_{(BR)CES} / Delta T)	击穿电压温度系数	-	0.57	-	V/°C	(V_{IN} = 5V)，(I_C = 1.0mA)（25°C - 150°C）
(V_{CE(ON)})	集电极 - 发射极饱和电压	-	1.70	2.00	V	(IC = 5A)，(V{CC} = 15V)
-	2.00	2.40	-	(IC = 5A)，(V{CC} = 15V)，(T_J = 150°C)
(I_{CES})	零栅极电压集电极电流	-	5	80	µA	(V_{IN} = 5V)，(V^{+} = 600V)
-	10	-	-	(V_{IN} = 5V)，(V^{+} = 600V)，(T_J = 150°C)
(V_{FM})	二极管正向电压降	-	1.80	2.35	V	(I_C = 5A)
-	1.30	1.70	-	(I_C = 5A)，(T_J = 150°C)
(V_{BDFM})	自举二极管正向电压降	-	-	1.25	V	(I_F = 1A)
-	-	1.10	-	(I_F = 1A)，(T_J = 150°C)
(R_{BR})	自举电阻值	-	2	-	Ω	(T_J = 25°C)
(Delta R{BR} / R{BR})	自举电阻公差	-	-	±5	%	(T_J = 25°C)
(I_{BUS_TRIP})	电流保护阈值（正向）	13.1	-	16.4	A	(T_J = -40°C) 至 125°C，详见图 2

逆变器部分开关特性

在 (T_J = 25°C) 和 (T_J = 150°C) 两种条件下，该模块的逆变器部分开关特性如下：	符号	参数	最小值	典型值	最大值	单位	条件
(E_{ON})	导通开关损耗	-	200	235	µJ	(I_C = 5A)，(V^{+} = 400V)
(E_{OFF})	关断开关损耗	-	75	100	-	(V_{CC} = 15V)，(L = 2mH)，能量损耗包括“拖尾”和二极管反向恢复，详见 CT1
(E_{TOT})	总开关损耗	-	275	335	-	-
(E_{REC})	二极管反向恢复能量	-	15	25	-	-
(t_{RR})	二极管反向恢复时间	-	70	100	ns	-
(E_{ON})	导通开关损耗	-	300	360	µJ	(IC = 5A)，(V^{+} = 400V)，(V{CC} = 15V)，(L = 2mH)，(T_J = 150°C)，能量损耗包括“拖尾”和二极管反向恢复
(E_{OFF})	关断开关损耗	-	135	165	-	-
(E_{TOT})	总开关损耗	-	435	525	-	-
(E_{REC})	二极管反向恢复能量	-	30	40	-	-
(t_{RR})	二极管反向恢复时间	-	100	145	ns	详见 CT1
(Q_G)	IGBT 导通栅极电荷	-	29	44	nC	(IC = 15A)，(V^{+} = 400V)，(V{GE} = 15V)
(RBSOA)	反向偏置安全工作区	全方形	-	-	-	(T_J = 150°C)，(I_C = 5A)，(VP = 600V)，(V^{+} = 450V)，(V{CC} = +15V) 至 0V，详见 CT3
(SCSOA)	短路安全工作区	10	-	-	µs	(T_J = 150°C)，(VP = 600V)，(V^{+} = 360V)，(V{CC} = +15V) 至 0V，详见 CT2
(I_{CSC})	短路集电极电流	-	47	-	A	(T_J = 150°C)，(VP = 600V)，(V^{+} = 360V)，(V{GE} = 15V)，(V{CC} = +15V) 至 0V，(t{SC} < 10µs)，详见 CT2

推荐工作条件 - 驱动器功能

为了确保模块的正常运行，建议在以下条件下使用：	符号	定义	最小值	最大值	单位
(V_{B1,2,3})	高端浮动电源电压	(V_S + 12)	(V_S + 20)	V
(V_{S1,2,3})	高端浮动电源偏移电压	注 4	450	-
(V_{CC})	低端和逻辑固定电源电压	12	20	V
(V_{ITRIP})	(I_{TRIP}) 输入电压	(V_{SS})	(V_{SS} + 5)	V
(V_{IN})	逻辑输入电压 (LIN)，(HIN)	(V_{SS})	(V_{SS} + 5)	V
(V_{EN})	逻辑输入电压 (EN)	(V_{SS})	(V_{SS} + 5)	V

注 3：更多详细信息，请参阅 IR21363 数据手册。 注 4：逻辑操作范围为 (V_S) 从 (COM - 5V) 到 (COM + 600V)。逻辑状态保持范围为 (VS) 从 (COM - 5V) 到 (COM - V{BS})（更多详细信息请参考 DT97 - 3）。

静态电气特性 - 驱动器功能

在 (V{BLS}(V{CC}, V_{BS1,2,3}) = 15V) 的条件下，驱动器的静态电气特性如下：	符号	定义	最小值	典型值	最大值	单位
(V{INH})，(V{ENH})	逻辑“0”输入电压	3.0	-	-	V
(V{INL})，(V{ENL})	逻辑“1”输入电压	-	-	0.8	V
(V{CCUV +})，(V{BSUV +})	(V{CC}) 和 (V{BS}) 电源欠压正向阈值	10.6	11.1	11.6	V
(V{CCUV -})，(V{BSUV -})	(V{CC}) 和 (V{BS}) 电源欠压负向阈值	10.4	10.9	11.4	V
(V{CCUVH})，(V{BSUVH})	(V{CC}) 和 (V{BS}) 电源欠压锁定滞后	-	0.2	-	V
(V_{IN,Clamp})	输入钳位电压（(HIN)，(LIN)，(I{TRIP})），(I{IN} = 10µA)	4.9	5.2	5.5	V
(I_{QBS})	静态 (V{BS}) 电源电流，(V{IN} = 0V)	-	-	165	µA
(I_{QCC})	静态 (V{CC}) 电源电流，(V{IN} = 0V)	-	-	3.35	mA
(I_{LK})	偏移电源泄漏电流	-	-	60	µA
(I{IN +})，(I{EN +})	输入偏置电流，(V_{IN} = 5V)	-	200	300	µA
(I{IN -})，(I{EN -})	输入偏置电流，(V_{IN} = 0V)	-	100	220	µA
(I_{TRIP +})	(I{TRIP}) 偏置电流，(V{ITRIP} = 5V)	-	30	100	µA
(I_{TRIP -})	(I{TRIP}) 偏置电流，(V{ITRIP} = 0V)	-	0	1	µA
(V(I_{TRIP}))	(I_{TRIP}) 阈值电压	440	490	540	mV
(V(I_{TRIP}, HYS))	(I_{TRIP}) 输入滞后	-	70	-	mV
(R_{ON})，(FLT)	故障输出导通电阻	-	50	100	ohm

动态电气特性

驱动器的动态电气特性如下：	符号	参数	最小值	典型值	最大值	单位	条件
(T_{ON})	输入到输出传播导通延迟时间（见图 11）	-	590	-	ns	(V