IRAMS12UP60A：集成功率混合IC在电器电机驱动中的卓越表现

在电器电机驱动领域，一款性能出色的功率混合IC往往能为产品带来质的飞跃。今天，我们就来深入探讨国际整流器公司（International Rectifier）推出的IRAMS12UP60A系列集成功率混合IC，看看它在电器电机驱动应用中究竟有何独特之处。

文件下载：IRAMS12UP60A.pdf

一、产品概述

IRAMS12UP60A是一款专为先进电器电机驱动应用设计的12A、600V集成功率混合IC，具有开放发射极引脚。它适用于节能洗衣机和冰箱压缩机驱动器等应用场景。国际整流器公司的这项技术，将高性能的交流电机驱动器集成在一个单独的隔离封装中，大大简化了设计流程。

这款先进的混合集成电路（HIC）结合了国际整流器公司的低 (V_{CE (on) }) 沟槽绝缘栅双极晶体管（IGBT）技术和行业标杆的三相高压、高速驱动器，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，加上短路额定的IGBT和集成的欠压锁定功能，为系统提供了高水平的保护和故障安全运行能力。采用单列直插式封装和全转移模具结构，且 (CTI >600)，不仅最大限度地减少了印刷电路板（PCB）空间，还解决了与散热器的隔离问题。

二、产品特性亮点

（一）集成功能丰富

• 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。
• 温度监测功能：能够实时监测温度，为系统提供过热保护，确保系统在安全的温度范围内运行。
• 保护关机引脚：当系统出现异常时，可以通过该引脚快速关闭系统，避免设备损坏。

（二）先进的IGBT技术

• 低 (V_{CE(on) }) 沟槽IGBT技术：降低了导通损耗，提高了能源效率，减少了发热，延长了设备的使用寿命。

（三）全面的保护机制

• 所有通道的欠压锁定：防止在电压不足的情况下系统异常工作，保护设备免受损坏。
• 交叉导通防止逻辑：避免上下桥臂同时导通，防止短路故障的发生，提高了系统的稳定性。

（四）良好的电气性能

• 匹配的所有通道传播延迟：确保各通道信号的同步性，提高了系统的控制精度。
• 施密特触发输入逻辑：增强了抗干扰能力，使系统在复杂的电磁环境下仍能稳定工作。
• 较低的 (di/dt) 栅极驱动器：具有更好的抗噪声能力，减少了电磁干扰。

（五）适用范围广泛

• 电机功率范围：适用于0.3 ~ 0.9kW / 85 ~ 253Vac的电机，满足了多种电器电机的驱动需求。
• 隔离性能：最小隔离电压为2000VRMs，且 (CTI> 600)，提供了良好的电气隔离，保障了系统的安全性。

三、绝对最大额定值

参数	描述	数值	单位
(V{CES} / V{RRM})	IGBT/ 续流二极管阻断电压	600	V
(V^{+})	正母线输入电压	450	V
(I{o} @ T{C} =25°C)	在 (F_{PWM} =16kHz) 时的RMS相电流（注1）	12	A
(I{o} @ T{C} =100°C)	在 (F_{PWM} =16kHz) 时的RMS相电流（注1）	6	A
(I_{pk})	最大峰值相电流（注2）	18	A
(F_{p})	最大PWM载波频率	20	kHz
(P_{d})	每个IGBT在 (T_{C} =25°C) 时的最大功耗	26	W
(V_{ISO})	隔离电压（1min）	2000	(V_{RMS})
(T_{J})（IGBT & 二极管 & IC）	最大工作结温	+150	°C
(T_{C})	工作外壳温度范围	-20 to +100	°C
(T_{STG})	储存温度范围	-40 to +125	°C
(T)	安装扭矩范围（M3螺丝）	0.8 to 1.0	Nm

注1：在 (V^{+}=320 ~V) ， (V{CC}=15 ~V) ， (T{J}=150^{circ} C) ， (MI=0.8) ， (PF=0.6) 的正弦调制条件下，详见图3。注2： (t{p}<100 ~ms) ， (V{CC}=15 ~V) ， (T{C}=25^{circ} C) ， (F{PWM}=16 kHz) 。

四、电气特性

（一）逆变器部分电气特性

在 (V{BIAS}(V{CC}, V{BS 1,2,3})=15V) ， (T{J}=25^{circ} C) 的条件下，具有以下特性：

• 电压相关特性：如 (V_{CE(ON)}) 在1.5 - 1.8V之间，体现了IGBT的低导通压降特性。
• 电流相关特性：某些参数下的电流值，为电机驱动提供了合适的电流输出。
• 其他特性：如自举二极管正向电压降、自举电阻等参数，都对系统的性能有着重要影响。

（二）逆变器部分开关特性

同样在 (V{BIAS}(V{CC}, V{BS 1,2,3})=15V) ， (T{J}=25^{circ} C) 的条件下：

• 开关损耗：包括开通开关损耗 (E{ON}) 、关断开关损耗 (E{OFF}) 和总开关损耗 (E_{TOT}) 等，这些损耗的大小直接影响着系统的效率。
• 二极管反向恢复特性：如二极管反向恢复能量 (E{REC}) 和反向恢复时间 (t{RR}) ，对系统的稳定性和可靠性有着重要作用。
• IGBT栅极电荷： (Q_{G}) 反映了IGBT的驱动特性，影响着开关速度和驱动电路的设计。

（三）推荐工作条件

为了确保设备的正常运行，需要在推荐的工作条件下使用：

• 电压范围：如高侧浮动电源电压 (V{B1,2,3}) 、高侧浮动电源偏移电压 (V{S1,2,3}) 、低侧和逻辑固定电源电压 (V_{CC}) 等都有明确的范围要求。
• 输入信号参数：如 (T/I_{TRIP}) 输入电压、逻辑输入电压 (LIN) 、 (HIN) 等，以及高侧PWM脉冲宽度、外部死区时间等参数，都需要在合适的范围内设置。

（四）静态电气特性

在 (V{BIAS}(V{CC}, V{BS 1,2,3})=15V) ， (T{J}=25^{circ} C) 的条件下，包括输入阈值、电源欠压阈值、静态电流等参数，这些参数反映了驱动器在静态状态下的性能。

（五）动态电气特性

同样在上述条件下，涉及输入到输出的传播延迟时间、输入滤波时间、 (I{TRIP}) 消隐时间、 (I{TRIP}) 到开关关断的传播延迟时间等参数，这些参数对于系统的动态响应和控制精度有着重要影响。

五、热和机械特性

（一）热阻特性

• IGBT热阻： (R_{th(J - C)}) 为4.7 - 5.2，反映了IGBT从结到外壳的热传递能力。
• 二极管热阻： (R_{th(J - C)}) 为5.8，体现了二极管的热特性。
• 外壳到散热器的热阻： (R_{th(C - S)}) 为0.1，表明了外壳与散热器之间的热传递效率。

（二）内部NTC - 热敏电阻特性

包括不同温度下的电阻值和B常数等参数，这些参数可用于温度监测和控制。

六、引脚说明

引脚	名称	描述
1	(V_{B3})	高侧浮动电源电压3
2	U, (V_{S3})	输出3 - 高侧浮动电源偏移电压
3	NA	无
4	(V_{B2})	高侧浮动电源电压2
5	V, (V_{S2})	输出2 - 高侧浮动电源偏移电压
6	NA	无
7	(V_{B1})	高侧浮动电源电压1
8	W, (V_{S1})	输出1 - 高侧浮动电源偏移电压
9	NA	无
10	(V^{+})	正母线输入电压
11	NA	无
12	(L_{E1})	低侧发射极连接 - 相1
13	(L_{E2})	低侧发射极连接 - 相2
14	(L_{E3})	低侧发射极连接 - 相3
15	(H_{IN1})	逻辑输入高侧栅极驱动器 - 相1
16	(H_{NI2})	逻辑输入高侧栅极驱动器 - 相2
17	(H_{IN3})	逻辑输入高侧栅极驱动器 - 相3
18	(L_{IN1})	逻辑输入低侧栅极驱动器 - 相1
19	(L_{IN2})	逻辑输入低侧栅极驱动器 - 相2
20	(L_{IN3})	逻辑输入低侧栅极驱动器 - 相3
21	(T/I_{TRIP})	温度监测和关断引脚
22	(V_{CC})	+15V主电源
23	(V_{SS})	负主电源

七、典型应用连接注意事项

（一）电容安装

• 电解总线电容器应尽可能靠近模块总线端子安装，以减少振铃和电磁干扰（EMI）问题。
• 在模块引脚附近安装额外的高频陶瓷电容器，可进一步提高性能。

（二）去耦电容

为了在 (V{CC}-V{SS}) 和 (V{B1,2,3}-V{S1,2,3}) 端子之间提供良好的去耦，连接在这些端子之间的电容器应靠近模块引脚放置。强烈建议使用额外的高频电容器，通常为0.1μF。

（三）自举电容器选择

自举电容器的值取决于开关频率，应根据IR设计提示DT04 - 4、应用笔记AN - 1044或图10进行选择。自举电容器的值必须选择以限制与 (V_{CC}) 串联的内部电阻的功耗。

（四）故障复位

大约8ms后故障复位。在故障持续期间，PWM发生器必须禁用，以确保系统关机。在恢复操作之前，必须清除过流条件。

八、总结

IRAMS12UP60A集成功率混合IC凭借其丰富的功能、卓越的性能和良好的保护机制，为电器电机驱动应用提供了一个优秀的解决方案。无论是在节能洗衣机还是冰箱压缩机驱动器等应用中，都能发挥出其独特的优势。电子工程师在设计相关产品时，可以充分考虑这款IC的特点和优势，以提高产品的性能和可靠性。大家在实际应用中是否遇到过类似IC的使用问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。